2 Electrónica Analógica

TEMA II
Electrónica Analógica
Electrónica II 2007
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2 Electrónica Analógica
2.1
2.2
2.3
2.4
Amplificadores Operacionales.
Aplicaciones de los Amplificadores Operacionales.
Filtros.
Transistores.
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2.4 Transistores
Materiales semiconductores
Funcionamiento básico
Polarización de un transistor
Zonas de trabajo
Punto de trabajo Q
Análisis de circuitos con
transistores bipolares
El transistor de efecto de campo
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El transistor
•Dispositivo semiconductor que permite el control y regulación
de una corriente grande mediante una señal muy pequeña.
•Existe una gran variedad de transistores: Bipolares, Most, Fet.
•Los símbolos que corresponden al bipolar son los siguientes:
•El nombre se refiere a su construcción como semiconductor.
•Un circuito con un transistor NPN se puede adaptar a PNP.
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Funcionamiento básico
•Cuando el interruptor SW1 está abierto no circula intensidad
por la Base por lo que la lámpara no se encenderá. Toda la
tensión se encuentra entre Colector y Emisor.
•Cuando se cierra el interruptor SW1, una intensidad muy
pequeña circulará por la Base yuna intensidad muy grande
dese el Emisor al Colector.
IE > IC > IB ; IE = IB + IC ; VCE = VCB + VBE
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Polarización
•No es lo mismo polarizar un transistor NPN que PNP.
•La unión base - emisor se polariza directamente y l
•La unión base - colector inversamente.
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Polarización
El Transistor como amplificador de corriente:
Ganancia en corriente Æ típicamente 100
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Polarización
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Zonas de trabajo
CORTE.- No circula intensidad por la Base, por lo que, la intensidad
de Colector y Emisor también es nula.
La tensión entre Colector y Emisor es la de la batería.
Colector y Emisor se comporta como un interruptor abierto.
IB = IC = IE = 0; VCE = Vbat
SATURACION.- Colector y Emisor se comporta como un interruptor
cerrado. La tensión de la batería se encuentra en la carga conectada
en el Colector.
Cuando trabaja en la zona de corte y la de saturación se dice que
trabaja en conmutación. Como si fuera un interruptor.
ACTIVA.- Actúa como amplificador. Puede dejar pasar más o menos
corriente. La ganancia relaciona la variación que sufre la corriente de
colector para una variación de la corriente de base: ß = IC / IB
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Resumen:
Saturación
Corte
Activa
VCE
~0
~ VCC
Variable
VBC
~ VCC
~0
Variable
IC
Máxima
IB
Variable
=0
Variable
VBE
~ 0,8v
< 0,7v
~ 0,7v
= ICEO lang=EN-GB~ 0
Variable
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Punto de trabajo (Q)
•Obtener el punto de trabajo Q de un dispositivo consiste
básicamente en obtener el valor de las diferentes tensiones y
corrientes que se establecen como incógnitas en el funcionamiento el
mismo.
•El análisis del punto de trabajo de un dispositivo, se puede llevar a
cabo de dos formas diferentes: analítica (realizando un análisis
matemático de todas las ecuaciones implicadas) o gráfica ( recta de
carga en continua).
•Método analítico, se basa en resolver el sistema de ecuaciones que
se establece teniendo en cuenta:
•Las leyes de Kirchoff aplicadas a tensiones y corrientes.
•El comportamiento del T según la región de funcionamiento.
•Las relaciones eléctricas del circuito de polarización usado.
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Análisis de circuitos con
transistores bipolares
•Obtener el punto de trabajo Q de un dispositivo consiste
básicamente en obtener el valor de las diferentes tensiones y
corrientes que se establecen como incógnitas en el funcionamiento el
mismo.
•El análisis del punto de trabajo de un dispositivo, como ya se sabe,
se puede llevar a cabo de dos formas diferentes: analítica (realizando
un análisis matemático de todas las ecuaciones implicadas) o gráfica (
recta de carga en continua).
•Método analítico, se basa en resolver el sistema de ecuaciones que
se establece teniendo en cuenta:
•Las leyes de Kirchoff aplicadas a tensiones y corrientes.
•El comportamiento del T según la región de funcionamiento.
•Las relaciones eléctricas del circuito de polarización usado.
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Análisis de circuitos con
transistores bipolares
◊
Seis variables definen el comportamiento de los TB npn:
IB , IC , IE , VCE , VBE y VBC
◊
Tres estructuras de funcionamiento:
emisor común, base común y colector común
◊
Normalmente los fabricantes suelen dan la información
correspondiente a emisor común. Donde:
IE = IB + IC ; VCE = VBE – VBC
◊
Para obtener el punto Q solamente es necesario:
IBQ, ICQ ; VCEQ y VBEQ
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Análisis de circuitos con
transistores bipolares
• Dado que lo que se busca son las tensiones y corrientes en
continua:
a) Anular los generadores de corriente o tensión alterna (los de
tensión se sustituyen por cortocircuitos y los de corriente por
circuitos abiertos).
b) Sustituir por circuitos abiertos los condensadores y por
cortocircuitos las inductancias.
c) El punto Q se encuentra siempre sobre la recta de carga en
continua.
d) Un método para elegir el punto Q adecuado se basa en
representar previamente la recta de carga, para poder evaluar
las diferentes posibilidades.
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Análisis de circuitos con
transistores bipolares
Rectas de carga en continua para transistores bipolares:
Curva característica
Entrada: IB=f(VBE)
Salida: IC=g(VCE)
Recta de carga
IB=re(VBE)
IC=rs(VCE)
Punto Q
A partir de la
intersección de
IB=f(VBE) e IB=re(VBE) se
obtiene IBQ y VBEQ.
El punto Q sobre es la
intersección entre la
recta IC=rc(VCE) y
la curva IC=g(VCE)
correspondiente a IBQ.
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El transistor
de Efecto de Campo
• La corriente se controla mediante tensión: Cuando funcionan como
amplificador suministran una corriente de salida que es
proporcional a la tensión aplicada a la entrada.
• Se empezaron a construir en la década de los 60.
• Características generales:
• Por el terminal de control no se absorbe corriente.
• Una señal muy débil puede controlar el componente.
• La tensión de control se emplea para crear un campo eléctrico.
• Existen dos tipos de transistores de efecto de campo:
• JFET (transistor de efecto de campo de unión)
• MOSFET: ocupan menos espacio que los bipolares -> circuitos
integrados.
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El transistor
de Efecto de Campo
• Los tres terminales se denominan:
Puerta (G, Gate), Fuente (S, Source), y Drenaje (D, Drain)
• Pueden ser de canal P:
Parámetros FET de canal N
o de canal N:
Parámetros FET de canal P
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El transistor
de Efecto de Campo
• La curva característica del FET define con precisión como funciona
este dispositivo.
• En ella distinguimos tres regiones o zonas importantes:
• Zona lineal.- El FET se comporta como una resistencia cuyo
valor depende de la tensión VGS.
• Zona de saturación.- El FET, amplifica y se comporta como una
fuente de corriente controlada por la tensión que existe entre
Puerta (G) y Fuente (S) , VGS.
• Zona de corte.- La intensidad de Drenador es nula.
• Existen tres configuraciones típicas:
Surtidor común (SC), Drenador común (DC) y Puerta común (PC)
La más utilizada es la de surtidor común que es la equivalente a la
de emisor común en los transistores bipolares.
Los FET se utilizan para amplificar señales débiles.
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El transistor
de Efecto de Campo
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El transistor
de Efecto de Campo
Al variar VDS varia ID permaneciendo constante VGS.
Zona lineal: al aumentar VDS aumenta ID.
Zona de saturación: al aumentar VDS produce una saturación
de ID que hace que ésta sea constante:
El transistor trabaja como amplificador
Zona de corte: se caracteriza por tener una ID nula.
Zona de ruptura: indica la máxima VDS que soportará el transistor.
Cuando VGS es cero, ID es máxima.
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El transistor
de Efecto de Campo
CARACTERÍSTICAS
DE TRANSFERENCIA:
HOJAS DE CARACTERÍSTICAS DE LOS FET:
Indican la variación de
ID en función de VGS.
VGS y VGD.- son las tensiones inversas máximas
soportables por la unión PN.
IG.- corriente máxima que puede circular por
la unión puerta-surtidor cuando se
polariza directamente.
PD.- potencia total disipable por el componente.
IDSS.- corriente de saturación cuando VGS=0.
IGSS.- corriente que circula por el circuito de
puerta cuando la unión puerta–surtidor
está polarizado en sentido inverso.
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