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Diapositiva 1 El transistor como resistencia controlada por tensión transistor bipolar NPN colector base llave de control corriente de salida emisor 2N2222 ebc 6.071 Transistores bipolares corriente de entrada 1 Diapositiva 2 El diodo I(A) 0.6V V (voltios) Como ya se ha descrito, pero se enciende a 0.6V (para un diodo Si). 6.071 Transistores bipolares 2 Diapositiva 3 toma Propiedades del transistor base emisor IC = βI B I E = IC + I B = (1 + β )I B VBE = VB − VE = +0.6V Normalmente apagado (toma/emisor β ~ 100, pero cambia con polarizado en inverso), una corriente la temperatura y con V CE de salida pequeña y tensión relativa al emisor lo activan, conmutando y amplificando 6.071 Transistores bipolares 3 Diapositiva 4 VCC R on off 10 kΩ 6.071 Transistores bipolares Transistor conmutador La corriente del colector depende de la caída de tensión a través de la bombilla. IC ≅ βI B Dado que el estado del transistor depende de la corriente de la base, V − V si se la deja en circuito abierto, el IB = CC BE transistor podría acabar desconecR tándose, pero esto sería un descuido. 4 Diapositiva 5 Transistor conmutador IB VCC R VCC = IR + VBE IB = VBE VCC −VBE R IC = β VCC − VBE R VBE = 0.6V 6.071 Transistores bipolares 5 Diapositiva 6 Seguidor de emisor como fuente de corriente n.º 1 +10V +10V Vin Vin carga 1kΩ -10V 1kΩ -10V ¿Qué es Vout? Vout = Vin - 0.6V Si la polarización de la base/emisor es directa 6.071 Transistores bipolares 6 Diapositiva 7 Seguidor de emisor como fuente de corriente n.º 2 ¿Qué es Vout con el transistor apagado? +10V +10V alta impedancia ⇒ Vin 1kΩ -10V 6.071 Transistoresbipolares 1kΩ -5V ⇒ 1kΩ -10V 1kΩ 1kΩ 1kΩ -10V 7 Diapositiva 8 Seguidor de emisor como fuente de corriente n.º 3 ¿A qué tensión de la base se desconecta? +10V VBE = 0.6V ∴Vin = −4.4V Vin 1kΩ -10V 6.071 Transistores bipolares 1kΩ 8 Diapositiva 9 Seguidor de emisor como fuente de corriente n.º 4 +10V +10V Vin Vin -10V 1kΩ -10V 1kΩ Vout Vin V − 0.6V; Vin ≥ −4.4V Vout = in −5V; Vin < −4.4V 6.071 Transistores bipolares 9 Diapositiva 10 Polarización 1 A menudo las señales se acoplan entre fases del amplificador como señ ales AC (o sin componente continua, utilizando un condensador). Nó tese que una tensiónn unipolar no puede amplificar las entradas negativas. Vin +VCC Vin R Vout VB 6.071 Transistores bipolares Vout 10 Diapositiva 11 Polarización 2 Soluciónese añadiendo un CC a la base para desplazar la señal de modo que no haya recorte ni CA acoplando la salida. VCC determinar VCC = 15V R1 se quiere R1 || R2 << βRE Vin R2 RE Vout R || R es la impedancia del generador 1 2 Regla: que la impedancia de la fuente sea pequeña en comparación con la carga que conduce. 6.071 Transistores bipolares de corriente utilizado para conducir el transistor, βRE es la impedancia efectiva de la base del transistor. 11 Diapositiva 12 Polarización 3 V CC=15V, R1|| R2<<βRE • la salida debe oscilar ±7.5V • determinar RE. RE = 7.5kΩ. ∴corriente de reposo a base = 1mA. • V E @ (= 0) = 7.5V (permite Vout ±7.5V) por tanto VB = VE + 0.6V = 8.1V VCC R1 Vin R2 RE Vout 8.1V R2 = R1 + R2 15V or R1 1 = R2 1.17 • R1|| R2<<βRE<<100 × 7.5kΩ. R1 = 130kΩ, R2 = 150kΩ. 6.071 Transistores bipolares 12 Diapositiva 13 Demo: seguidor de emisor BJT n.º 1 generador para dos diferencias de potencial oscilador Amplitud de frecuencia 12V 33kΩ Vin 1kΩ Entrada n.º 1 Vin Vout Entrada n.º 2 Vout tiempo disparador 6.071 Transistores bipolares tiempo visualización base de tiempo del osciloscopio 13 Diapositiva 14 Demo: seguidor de emisor BJT n.º 2 generador para dos diferencias de potencial oscilador Amplitud de frecuencia 12V Vin 33kΩ 1kΩ Entrada n. 1 Vout Entrada n. 2 Vout Vin visualización x, y del osciloscopio 6.071 Transistores bipolares 14 Diapositiva 15 Seguidor de emisor VCC VB La tensión de salida es casi igual a la tensión de la base, con un corte de 0.6 V. Nótese el cambio en la impedancia. Vout = VB − 0.6V Rin = βRcarga 6.071 Transistores bipolares Rcarga 15 Diapositiva 16 El seguidor de emisor tiene ganancia de tensión unitaria. ¿Tiene utilidad? +VCC ∆Vin = ∆Vout Vin Nota: ∆ I E = Vout R y ∆I B = −VCC P = IV ∴Pin = ∆Vout ∆Vin = R R ∆I E ∆Vin = 1 + β R(1 + β ) Vin2 V2 ;Pout = in R(1 + β ) R Hay ganancia en Potencia de β. La resistencia efectiva de la base es βR. 6.071 Transistores bipolares 16 Diapositiva 17 No diseñar con β VCC βRE Vin RE 6.071 Transistores bipolares Vout Aquí el punto de reposo se ha elegido purgando una cantidad pequeña de corriente a la base. Ahora, el punto de funcionamiento depende de manera crítica de β, que varía tremendamente de un dispositivo a otro y con la temperatura. 17 Diapositiva 18 Problema: observe como varía β de 100 a 200 en el último circuito. 6.071 Transistores bipolares 18 Diapositiva 19 Generador de corriente VCC Rcarga VB VE R 6.071 Transistores bipolares La tensión de la base controla la corriente a través de la carga hasta el límite de VCC. VE = VB − 0.6V V IE = E R VB − 0.6V R IC ≅ I E , para β grande Icarga = IC = 19 Diapositiva 20 Emisor común n.º 1 VCC R1 RC VC Vin La configuracióon del emisor comú n produce una ganancia (negativa) de tensió n. (1) Establezca una corriente estáatica tal que: VC = VCC/2 → Necesite caí da de tensió n de VC sobre RC. ∴ IC = Iq = R2 RE IB = ∴ 6.071 Transistores bipolares VC Vout = ; RC RC Vin I = C βRE β Vout −RC = Vin RE 20 Diapositiva 21 Emisor común VCC R1 So RC = VCC/(2 Iq). RC Ganancia = -RC/RE VC RE es necesario para la estabilidad, de lo contrario hay una pequeñ a resistencia rtr ~ 0.026V/IE, pero es muy sensible a la temperatura. Vin R2 6.071 Transistores bipolares RE 21 Diapositiva 22 Regla para el control robusto generador carga Si la impedancia de salida del generador es mucho má s baj a que la impedancia de entrada de la carga, el rendimiento del circuito no dependerá de la variación de la carga. Por lo tanto, en un dispositivo secuencial, si usamos un TEC como bloques de construcció n de la carga, la impedancia de entrada de la carga será alta y tendremos un circuito robusto. 6.071 Transistores bipolares 22 Diapositiva 23 Transferencia de diferencias de potencial Rth VL = RL Vth RL Vth RL + Rth so if VL~Vth ∴ Rth << RL Para que la transferencia de voltaj e sea eficiente, la impedancia de la carga se debe mantener por encima de la impedancia del generador. Dos excepciones: • Cicuitos de radiofrecuencia, Zfuente=Zcarga (ofrece má xima transferencia de voltaj e) • Corrientes acopladas, má s que voltaj es. 6.071 Transistores bipolares 23 Diapositiva 24 Transferencia de corriente IL IN RN RL IL = RN I RL + RN N so if IL~IN ∴ RN >> RL Para lograr una transferencia de corriente eficiente, la impedancia de la carga debe mantenerse pequeñ a en relació n con la del generador. 6.071 Transistores bipolares 24 Diapositiva 25 Transferencia de potencia n.º 1 Rth VL = RL Vth ∴ PL = VL I = I= RL V RL + Rth th Vth ( RL + Rth ) RL Vth2 Vth RL = Vth ⋅ (RL + Rth ) (RL + Rth ) (RL + Rth )2 PL 6.071 Transistores bipolares Rth RL 25 Diapositiva 26 Transferencia de potencia n. º2 IL IN RN IL = RL RN I R L + RN N PL = I L2 RL = RN2 I N2 RL (RL + RN )2 PL RN 6.071 Transistores bipolares RL 26 Diapositiva 27 Divisor de fase de ganancia unitaria Obj etivo: a partir de una señ al CA, generar una copia y su inversa. 20V 150kΩ 4.7kΩ Vin (+) 56kΩ − Vout = −Vin (+) + = Vin (+) Vout 4.7kΩ + Vout ≡ seguidor de emisor ∴ganancia unitaria − Vout ≡ emisor comú n ∴con R C=RE, ganancia=-1 6.071 Transistores bipolares 27 Diapositiva 28 Polarización de divisor de fase de ganancia unitaria 20V 150kΩ 56kΩ 5.6V 6.071 Transistores bipolares 4.7kΩ 15V 5V 4.7kΩ • determinar VE = 5V ∴VB = 5.6V como I C ? IE, hay una caí da de 5V en las dos resistencias de 4.7k ?XX 28 Diapositiva 29 Circuito Darlington β 1 β2 β1 β2 Es ú til para aplicaciones de alta corriente y elevada impedancia de entrada, pero es lento. La caíida de tensió n base-emisor es 1.2 V. 6.071 Transistores bipolares 29 Diapositiva 30 Transistor puerta Y 6V Transistores de la base de puertas ló gicas, y circuitos integrados. Ain Bin salida 6.071 Transistores bipolares Ain baj a baj a alta alta Bin baj a alta baj a alta salida baj a baja baj a alta 30 Diapositiva 31 Transistor puerta O 6V Ain Bin Ain baj a baj a alta alta Bin baj a alta baj a alta salida baj a alta alta alta salida 6.071 Transistores bipolares 31 Diapositiva 32 Propiedades de los transistores bipolares β (ganancia de corriente) no es un pará metro, varí a por cualquier cosa. IC,max - má ximo tensió n colector BVCBO - má xima tensió n colector-emisor. BVCEO - má xima tensió n colector-generador. VEBO - tensió n ruptura emiso-base. PD - má xima disipación de potencia. 6.071 Transistores bipolares 32 Diapositiva 33 Ficha técnica de 2N2222 (1 de 3) 6.071 Transistores bipolares 33 Diapositiva 34 Ficha técnica de 2N2222 (2 de 3) 6.071 Transistores bipolares 34 Diapositiva 35 Ficha técnica de 2N2222 (3 de 3) 6.071 Transistores bipolares 35 Diapositiva 36 Zener real Zener ideal Regulador de tensión Los diodos Zener tienen resistencia I variable. Concretamente, tienen una salida de corriente constante en todo un rango de voltaj es V de entrada. Así , al proporcionar corriente constante a un circuito, se pueden usar como reguladores de tensió n. Un regulador de tensió n sencillo. RE Vout = Vzener Por su probre supresió n de Vin fluctuaciones, necesita un zener con una gran potencia de salida, y variaciones con impedancia de carga. 6.071 Transistores bipolares 36 Diapositiva 37 Regulador de tensión Vin Vout = Vzener-0.6 V R C Rcarga Vzener Configuració n de seguidor de emisor. La corriente de la base es só lo 1/β de la corriente de alimentació n. El filtro RC reduce las fluctuaciones. 6.071 Transistores bipolares 37 Diapositiva 38 Conmutación de cargas inductivas La punta repentina de tensió n producida al interrumpir el fluj o de corriente en una bobina de inductancia produce una descarga disruptiva en el transistor. El problema se soluciona con un diodo inverso en la carga inductiva. 6.071 Transistores bipolares 38 Diapositiva 39 VCC R1 Amplificador colector común Un amplificador con una ganancia de corriente (sin ganancia de tensió n) y offset para evitar el recorte de entradas negativas. VB C2 C1 R2 6.071 Transistores bipolares RE Rcarga R1 y R2 proporcionan el offset CC y C 1 actú a como filtro de modo que las entradas no perturben el punto de reposo). 39 Diapositiva 40 VCC R1 VB Amplificador colector común 1. determinar una corriente de reposo, 1 mA 2. VE = Vcc/2 (permite la mayor entrada simé trica posible) C2 C1 R2 6.071 Transistores bipolares RE RE = VCC 2 VCC 2 = IQ 1mA Rcarga 40 Diapositiva 41 VCC Amplificador colector común 3. Establecer corriente de reposo ví a R1 & R2. R1 R1 VCC − VB VCC − VE − 0.6V = = VE + 0.6V R2 VB C2 C1 R2 RE Recuerde: VE = VCC 2 Luego, olvidar 0.6V y R1 = R2 Rcarga Nó tese que R = β R , base E luego R 1||R2<< β RE Evita que el punto de reposo se desplace con la carga. 6.071 Transistores bipolares 41 Diapositiva 42 VCC R1 Amplificador colector común 4. Elegir condensadores de acoplamiento La resistencia de entrada CA efectiva Rin = R1 R2 β (RE Rcarga) VB C2 C1 C1 y Rin forman un filtro de paso alto C1 = R2 RE carga RRcarga 1 ω 3dB Rin C 2 y Rcarga tambié n forman un filtro de paso alto C2 = 6.071 Transistores bipolares 1 ω 3 dB Rload 42 Diapositiva 43 Amplificador colector común VCC voltaj e de la base R1 VB C2 C1 R2 6.071 Transistores bipolares RE Rcarga salida respuesta en frecuencia 43
