TEMA 03.- Componentes Electronicos Activos: EL TRANSISTOR.

Tema 02.-

“Componentes Electronicos Activos: EL TRANSISTOR”

- ÍNDICE -

3.- Transistor Unipolar MOSFET. Transistor de Efecto de Campo de Metal-ÓxidoSemiconductor (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) .................................. 24 3.1.- Simbología............................................................................................................................................. 24 3.2.- Características. ...................................................................................................................................... 24 3.3.-Tipos. ...................................................................................................................................................... 25 Prof: Roberto Lajas

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2.- El PAR DARLINGTON. .................................................................................................... 18 2.1.- Simbología............................................................................................................................................. 18 2.2.- Características. ...................................................................................................................................... 18 2.3.- Funcionamiento. .................................................................................................................................. 19 2.4.- Cálculo de la Ganancia de un Par Darlington. ................................................................................ 19 Video explicativo.- Cálculo de la ganancia de un Par Darlington. ............................................. 20 2.5.- Hoja características de Par Darlington. ............................................................................................ 21 Video explicativo.- Hoja de caracteristicas de un Par Darlington.............................................. 22 Actividad.- Par Darlington. .............................................................................................................. 22 Actividad.- Averiguar tipo Darligton. ............................................................................................. 23 2.6.- Aplicación. ............................................................................................................................................ 23

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2.- El TRANSISTOR BJT. (Bipolar Junction Transistor) ........................................................ 4 2.1.- Simbología............................................................................................................................................... 4 2.2.- Características. ........................................................................................................................................ 4 2.3.- Corriente y tensiones del Transistor. .................................................................................................. 4 2.4.- Análisis de la hoja CARACTERÍSTICAS de TRANSISTORES. .................................................. 5 2.5.- Localización de patilla de un Transistor. (Emisor, base y colector) ............................................... 5 Actividad.- Identificación de las patillas de un transistor. ............................................................. 6 2.6.- Configuración de los transistores. ....................................................................................................... 6 Video explicativo. Transistores. Configuraciones. ......................................................................... 6 2.7.- Gráfica característica. ............................................................................................................................ 7 2.8.- Cálculo del punto trabajo Q. ................................................................................................................ 8 Ejercicio en Clase.- Cálculo del punto de trabajo Q. ..................................................................... 8 Ejercicio en Moodle.- Cálculo del punto trabajo Q. ...................................................................... 8 2.9.- Funcionamiento. .................................................................................................................................... 9 Actividad.- Zonas de Trabajo del Transistor. ............................................................................... 10 Ejercicio.- Transistor funcionando como interruptor. ................................................................ 11 Ejercicio Moodle.- Transistor funcionando como interruptor................................................... 11 Actividad.- Control de un Relé mediante Transistor (interruptor) ............................................ 11 PRÁCTICA.- Control de una lámpara mediante transistor (interruptor) ................................. 12 2.10.- Ganancia del transistor (β o hfe) ..................................................................................................... 13 2.11.- Transistor como Amplificador. ....................................................................................................... 14 Ejercicio en Clase.- Componentes de un amplificador. ............................................................... 14 PRÁCTICA.- Transistor como amplificador. ............................................................................... 14 2.12.- Tipos amplificadores con transistores. ........................................................................................... 15 2.13.- Aplicación. .......................................................................................................................................... 16

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1.- El TRANSISTOR. ................................................................................................................ 3

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3.4.- Aplicación. ............................................................................................................................................ 25 3.5.- Comprobación de patillaje. ................................................................................................................. 25 Video: Comprobación de patillaje de un Mosfet. ......................................................................... 26 Video explicativo.- Reparación de placas Base (cambio de Mosfet).......................................... 26 Actividad.- Identificación de las patillas de un Transistor Mosfet. ............................................ 27

TEMA 03.- Componentes Electrónicos Activos. EL TRANSISTOR.

En el año 1956 el premio Nobel de física fue compartido por tres grandes científicos: William Bradford Shockley, John Bardeen y Walter Houser Brattain.

Les fue otorgado por el que es considerado como el mayor desarrollo tecnológico del siglo XX: el transistor.

El transistor es la base de toda: * La electrónica actual. * La informática, es el componente básico del procesador y casi todas las memorias (RAM, SSD,…) * Las telecomunicaciones, hace que funcionen los móviles, las transmisiones por fibra óptica, etc.

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1.- El TRANSISTOR.

• Unipolares: MOSFET.

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• Bipolares BJT (Bipolar Junction Transistor): donde existen dos tipos, NPN y PNP.

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Existen dos grandes grupos de transistores:

2.- El TRANSISTOR BJT. (Bipolar Junction Transistor)

Un transistor se podrá aproximar a la unión de 2 diodos como se indica:

2.3.- Corriente y tensiones del Transistor.

En el transistor hay tres corrientes: *La intensidad de la base (IB) *La intensidad del colector (IC) y

IE = IB + IC

*La intensidad del emisor (IE).

VCE = VCB + VBE

Un transistor es un dispositivo semiconductor que a partir de: *Una pequeña corriente de base IB  Puede controlar una corriente grande IC

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El transistor se forma por la unión de 3 semiconductores (NPN o PNP) por lo tanto tiene 3 terminales: - Emisor (E).

- Base. (B) - Colector. (C)

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2.2.- Características.

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2.1.- Simbología.

2.4.- Análisis de la hoja CARACTERÍSTICAS de TRANSISTORES.

El transistor se comporta como 2 diodos en oposicion de fase.

Colocamos el polimetro en la posicion de continuidad según indica el dibujo. Ejemplo BF 199 T1 — T2  ∞ T1 — T3  ∞ ----------------------T2 — T1  801 Ω.

T2 — T3  ∞ ------------------------T3 — T1  785 Ω.

T3 — T2  790 Ω.

Común con R (T3)  Base.

R mas pequeña (T1)  Colector R mas grande (T2)  Emisor.

Es NPN porque T3(+)-T2 (-)  790 Ω diodo directa.

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2.5.- Localización de patilla de un Transistor. (Emisor, base y colector)

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Al entrar en la web: http://www.datasheetcatalog.com/ Características de los transistores: 1.- Tipo de encapsulado patillas Emisor, Base y Colector.

2.- IC. 3.- Hfe o β o ganancia.

Actividad.- Identificación de las patillas de un transistor.

1.- Escribe las referencias del componente que te entrega el profesor Roberto.

2.- ¿Qué componente es?

3.- Con la ayuda del polímetro identifica las patillas del componente.

6.- Entra en el datasheet y comprueba las patillas.

2.6.- Configuración de los transistores.

Video explicativo. Transistores. Configuraciones.

Para aprender más sobre las explicaciones de las configuraciones de los transistores, observa el siguiente video.

https://youtu.be/BfHwApQ8T2I

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5.- Entra en el datasheet y comprueba las patillas.

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4.- Pon el nombre de cada patilla.

2.7.- Gráfica característica.

SATURACIÓN

ACTIVA

IC

IB = 0  IC= 0

IC es Máxima no obedece a IB

IC = β IB

VCE

VCE = VCC

VBE

0 <VBE < 0,7

VBE > 0,7V

Interruptor Abierto

Interruptor Cerrado

Amplificador

Digital

Digital

Analógica

VCE

0

0 < VCE < VCC VBE

0,7V

Símil Uso

Símil hidráulico del transistor

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CORTE

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En la gráfica característica del transistor puede observarse las siguientes regiones:

2.8.- Cálculo del punto trabajo Q.

Ejercicio en Moodle.- Cálculo del punto trabajo Q. Copia en u folio los enunciados y la solución del siguiente ejercicio.

Pásalo a pdf y adjúntalo en agregar tarea.

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A partir del circuito de polarizacion del transistor, calcular: a.- La recta de carga. b.- El punto de trabajo Q c.- La IBQ (transistor de silicio VBE = 0,7 V)

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Ejercicio en Clase.- Cálculo del punto de trabajo Q. A partir del circuito de polarizacion del transistor, calcular: a.- La recta de carga. b.- El punto de trabajo Q c.- La IBQ (transistor de silicio VBE = 0,7 V)

2.9.- Funcionamiento.

En el transistor: -La corriente principal circula entre el colector y el emisor.

-Activa el dispositivo de salida conectado al circuito.

1.- EL TRANSISTOR COMO INTERRUPTOR. (Región Corte y Saturación) El transistor se comporta como un interruptor eléctrico, dejando pasar o no la corriente. *En CORTE. -Como no hay corriente en la base el transistor (IB =0)  Interruptor abierto.

-La resistencia entre colector y emisor (C-E) es altísima (se vuelve aislante)

*En SATURACIÓN. -Al aplicar una pequeña corriente a la base (IB)  Interruptor cerrado.

-La resistencia entre colector y emisor (C-E) es muy baja (se vuelve conductor).

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El transistor puede funcionar de 2 maneras: 1.- Como un interruptor (zona de corte o en saturación) 2.- Como amplificador. (zona activa)

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-Controla *ICE

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*Una corriente IB

2.- EL TRANSISTOR COMO AMPLIFICADOR. (Región activa) El transistor funciona como amplificador de la corriente de la Base generando una grandísima corriente de Colector.

Actividad.- Zonas de Trabajo del Transistor.

Observa el video sobre las zonas de trabajo del transistor y realiza el test que está en la plataforma Moodle.

https://youtu.be/7Q79fhvoRSs

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Ejemplo: Un transistor con una ganancia β = 100 significa que generará una corriente de Colector 100 veces más grande que la corriente de Base.

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GANANCIA  Es la relación entre la corriente de Base y la corriente de Colector IB-IC *Se le llama (β ó hFE):

Puedes ver el video:

https://youtu.be/9FOs-NmoY1c Prof: Roberto Lajas

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Actividad.- Control de un Relé mediante Transistor (interruptor) Realiza los pasos necesarios para polarizar un transistor para que, funcionando como interruptor, realizar el control de un Rele tipo G5L de OMRON

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Ejercicio Moodle.- Transistor funcionando como interruptor.

Se desea realizar el control de encendido y apagado de una bombilla a partir del transistor BC 107, diseñar el circuito: Características: *Tensión alimentación 24V *Lámpara 24V, 1,2W

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Ejercicio.- Transistor funcionando como interruptor.

Diseñar un circuito que funcione como un interruptor para encender y apagar una Lámpara.

Características: *Tensión alimentación 12V *Lámpara 12V, 1.2W *El β (beta) mínima del transistor es: 200

5.- Mejora de la simulación: Convierte el circuito en un detector de agua Explica los pasos.

Envía foto de la mejora.

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Debes de elaborar una memoria en formato pdf que debe de contener los siguientes puntos.

1.- Portada.

2.- Índice.

3.- Objetivo.

4.-Desarrollo de la práctica: Paso 1: Datos para el diseño.

Paso 2: Elección del Transistor.

Paso 3: Plantear el esquema de Diseño.

Paso 4: Realizamos los cálculos.

Paso 5: Simulación de Circuito. (foto)

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Envío de la memoria un solo componente del equipo.

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PRÁCTICA.- Control de una lámpara mediante transistor (interruptor) Realiza los pasos necesarios para polarizar un transistor para que, funcionando como interruptor, realizar el control de la lámpara que te entrega el profesor Roberto.

Lámpara: 4,8 V 0,8 A Con un transistor BD 137

2.10.- Ganancia del transistor (β o hfe) La ganacia es la capacidad que tiene el transistor funcionando como amplificador para hacer la señal de entrada un valor β mas grande. 𝐼𝑐 𝐼𝐵

β  Ganancia en corriente (adimensional).

Ejemplo BF 199  hfe = 38.

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La medida de la β con el polímetro se realiza introduciendo sus patillas en los orificios del emisor, base y colector según teniendo en cuenta si es NPN o PNP.

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Hfe ó β=

2.11.- Transistor como Amplificador.

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Ejercicio en Clase.- Componentes de un amplificador.

Calcular las resistencias y condensadores para diseñar un amplificador en emisor comun usando un transistor BC 107B en polarizacion Universal cuyos datos son: Vcc = 10 V ICMÁX = 50 mA β = 100 f = 1 kHz

En un documento de word copia los enunciados y la solución del siguiente ejercicio.

Pásalo a pdf y adjúntalo en agregar tarea.

Envío de la memoria un solo componente del equipo.

Debes de elaborar una memoria en formato pdf que debe de contener los siguientes puntos.

1.- Portada.

2.- Índice.

3.- Objetivo.

4.- Desarrollo de la práctica: *Datos de partida. *Cálculos detallados de todos los componentes. * Circuito con todos los valores.

5.- Simulación en el Work Beench: Captura de pantalla con la señal de entrada y la señal de salida amplificada.

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Calcular las resistencias y condensadores para diseñar un amplificador usando un transistor 2N 3904 en polarizacion Universal cuyos datos son: Vcc = 15 V f = 5 kHz

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PRÁCTICA.- Transistor como amplificador.

2.12.- Tipos amplificadores con transistores.

Los tipos de amplificaciones de los transistores son:

Clase B: La corriente se anula durante medio ciclo. Su aplicación es muy extendida en amplificadores de potencia de audio para la etapa de salida, en contrafase (push-pull) o transistores complementarios.

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Clase C: Presenta la particularidad de que la corriente circula durante un tiempo inferior a medio ciclo de la señal y su distorsión es muy alta.

FORMAS DE AMPLIFICACIÓN.

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Clase AB: Presenta un corte de una fracción de la señal. Se emplea en amplificadores de potencia de audio

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Clase A: Es el caso más utilizado en amplificación. La forma de la señal se mantiene constante, sin anularse en ningún momento, existiendo una ganancia constante.

2.13.- Aplicación.

-Amplificador.- Para amplificar la forma de ondas al transmitir y recibir la información.

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Ejemplos de aplicación: *Ejemplo 1.- Activación del motor de un zumbador.

Fig 1.- En función de la temperatura ambiente sonda (NTC) Fig 2.- Activación con un dedo.

* Ejemplo 2.- Activación de un Motor con pulsador.

Tenemos un circuito formado por: -Pila que alimenta un circuito con un motor.

-Un transistor. -Una resistencia. -Un pulsador.

Posibilidades de funcionamiento: a.- No accionamos el pulsador: -Por la base no entra corriente No es posible que la corriente pase del colector al emisor.

-El motor no gira.

-En este caso se dice que el transistor está en corte. b.- Accionamos el pulsador: -La corriente circula por la base (IB)Pasa corriente del colector al emisor.

-El motor gire.

-En este caso se dice que el transistor está en zona activa.

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Amplificador que es la base de las telecomunicaciones.

Por ejemplo, en un teléfono móvil, tenemos los dos usos del transistor: - Interruptor automáticos.- en el procesador formado por millones de transistores para que funcione el sistema operativo y las aplicaciones.

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Las aplicaciones del transistor son:  Interruptor automático que es la base de los circuitos automáticos y de la informática.

-Los sensores (LDR, NTC, etc.) generan una corriente eléctrica muy débil en la base (IB), -IB controla la corriente de colector IC, que activa el receptor (relé, motor, altavoz, bombilla, etc.).

* Ejemplo 3.- Activación de un Motor con LDR. -Eliminamos el pulsador y la resistencia, -Colocamos una LDR (cambia su valor óhmico con la luz)

c.- ¿Y con menos luz?

-La LDR disminuye la resistencia  Disminuye la IB(Ej: 1 mA) .

-El transistor está en activa Hay IC (Ej: 200 mA) -El motor gira más despacio. d) ¿Y con más luz?

-La LDR disminuye la resistencia  Disminuye la IB (Ej: 4 mA) -El transistor está en activa Hay IC (Ej: 800 mA) -El motor gira más rápido.

En este caso 200 es la ganancia (β = IC / IB) e.- ¿Y si sigue aumentando?

-Si la intensidad de la base sigue aumentando  Llega un punto en que IC no lo hace más.

-Transistor en saturación El motor gira a su máxima velocidad posible (más ganancia), Resumiendo:

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b.- Con luz.

-La LDR ofrece resistencia baja  Hay IB (Ej: 2 mA) .

-El transistor está en activa Hay IC (Ej: 400 mA).

-El motor gira.

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a.- Con oscuridad.

-La LDR ofrece resistencia alta  IB =0.

-El transistor está en corte  IC= 0 A. -El motor no gira.

2.- El PAR DARLINGTON.

2.- Se usa en circuitos donde se requiere una altísima ganancia: * La β1 del T1 es mas grande (β = 30) La β2 del T2 (β = 10) * Se multiplican las ganancias β del transistor 1 y el transistor 2.

βT = β1 * β2 * Con una corriente muy pequeña controlar una gran intensidad.

3.- La tensión de polarización, para que conduzca y amplifique: * Debe ser mayor que 2 veces la VBE convencional (Unión B-E de los 2 T están en serie) * La tensión VCE del Darlington debe estar entre 0'7 y 2 V (Región Activa) 4.- Al tener que activar las dos uniones B-E, el transistor Darlington: *Es más lento que uno normal (para conducir) *Solución se conectan 2 de resistencias en paralelo con las uniones B-E de los 2 Transistores.

-Ejemplo: El TIP120.

Según las especificaciones del fabricante: *La ganancia de corriente es de 1000. *La máxima corriente que puede circular por el colector es de 5 A.

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1.- Un par Darlington son 2 transistores puesto en cascada: *La corriente amplificada por el primer transistor es vuelta a amplificar por el segundo. *El emisor de T1 hace de base de T2. *Se venden encapsulados con 3 terminales E2, C2, B1. * Este nombre es en honor a Sidney Darlington de los Laboratorios Bell.

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2.2.- Características.

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2.1.- Simbología.

2.3.- Funcionamiento.

Transistor 1: -Una corriente de Base IB1 muy pequeña -Controla una corriente de colector IC grande.

-Siendo la β1 la beta del transistor T1, y la β2 la beta del transistor T2.

Vamos a demostrar que la βT de la configuración conjunta T1-T2 es aproximadamente: β1 x β2.

1.-

IC1 =β1 IB1 IE1 = IC1 + IB1  (β1 + IB1)+ IB1 = IE1 = (β1 +1) IB1

2.-

IC2 = β2 IB2 IC2 = β2 IB2 IE2 = IC2 +IB2  IE2 = (β2 IB2) + IB2 = (β2+1)IB2 IB2 = IE1

IB2=IE1

= (β2 +1) (β1+1) IB1

Factor Común

Considerando β1>>1 β2>>1 Al ser β mucho mayor que 1, podemos despreciar el 1 y nos queda:

IE2 = β1 * β2 IB1 = βT IB1

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-La relación de ganancia β es: 𝐼𝑐 β= 𝐼𝐵 β  Ganancia en corriente (adimensional).

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2.4.- Cálculo de la Ganancia de un Par Darlington.

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Transistor 2: -Una corriente de Base IB2 grande.

-Controla una corriente de colector IC Muy grande.

Video explicativo.- Cálculo de la ganancia de un Par Darlington.

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Observar el video que nos explica el cálculo de la ganancia de un Par Darlington (hasta minuto 9:20)

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https://youtu.be/xMqHr51SMmk

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Los datos más importantes a ver en la hoja de características del Par Darlington son.

1.- Darlington equivalentes.

2.- Patillaje.

3.- Tipo de encapsulado.

4.- VCE corte Máxima.

5.- VEB corte Máxima.

6.- IC máxima.

7.- IB máxima 8.- La ganancia Hfe. 9.- La VCE sat (on) 10.- La VBE sat (on)

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2.5.- Hoja características de Par Darlington.

Video explicativo.- Hoja de caracteristicas de un Par Darlington.

b.- ¿Qué dispositivo crees que es el responsable de que sí funcione el circuito 2? c.- ¿Puedes explicar cómo es esto posible?

Nota: La ganancia (β ó hFE) de los transistores en 100.

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Actividad.- Par Darlington.

Responde a las siguientes preguntas: a.- Fijando la resistencia en la base al máximo (1 MΩ), la corriente que llega a la base es muy pequeña. ¿Por qué en el circuito 1 no se enciende la bombilla, y si se enciende en el circuito 2?

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https://youtu.be/xMqHr51SMmk

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Observar el video que nos explica las características más relevantes del Par Darlington (desde minuto 9:20)

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Actividad.- Averiguar tipo Darligton.

Con los valores del circuito de la figura calcular: 1.- La ganancia del Transistor Darlington.

2.- El modelo a elegir de la marca CDIL. 3.- Características más relevantes del componente.

4.- Precio y lugar de compra.

2.6.- Aplicación.

El transistor Darlington se utiliza en: * Control de motores. * Regulación de CC.

* En cualquier sistema electrónico que se necesite controlar una gran intensidad con una intensidad muy pequeña.

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* Amplificadores de potencia de audio…

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* Accionadores de relés.

3.- Transistor Unipolar MOSFET.

Transistor de Efecto de Campo de Metal-ÓxidoSemiconductor (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)

3.2.- Características.

Los transistores Unipolares Mosfet son similares a los transistores Bipolares BJT en cuanto: -Ambos dispositivos son transistores.

-Ambos dispositivos tienen 3 terminales.

-Ambos dispositivos pueden funcionar como interruptores (o conmutadores) y como amplificadores de señales.

- Son iguales físicamente.

Diferencias: -Su estructura interna.

-Su funcionamiento para controlar la I: *Los BJT funcionan con señales de corriente. (IB) *Los MOSFET funcionan con señales de voltaje. (VGS)

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El nombre de los terminales es: G  Gate (puerta) D  Drenador.

S  Surtidor.

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3.1.- Simbología.

* Son muy buenos en la amplificación de señales analógicas, especialmente en aplicaciones de audio.

3.5.- Comprobación de patillaje.

Los pasos para comprobar el patillaje de un Mosfet Ejemplo IRFZ44N (TIPO N) 1.- Buscar en internet el patillaje. 

2.- Conectar terminal negativo (negro) del ohmímetro al Surtidor (Fuente, 3) 3.- Carga de Mosfet (conducción) a.- Tocar terminal positivo (rojo) del ohmímetro la Puerta (Gate 1) y el Mosfet (se carga) entra en conducción. b.- Conectar terminal positivo (rojo) al Drenador (terminal 2) y debe de dar un valor óhmico de unos 300 - 400 Ω.

4.- Descarga de Mosfet (corte): a.- Cortocircuitar la puerta (Gate 1) con (la Fuente 3) para descargar. b.- Conectar terminal positivo (rojo) al Drenador (terminal 2) y debe de dar 0 Ω.

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Los transistores Mosfet se usan: * En control digital por su alta velocidad en la conmutación, dado su tiempo de respuesta mínimo, ejemplo en: -La Placa Base de un PC. -LaPlaca de una televisión.

-Servomotores.

-Robótica.

-Aplicaciones industriales.

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3.4.- Aplicación.

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3.3.-Tipos.

Observa del video sobre la reparación de una placa base de un PC al sustituir el Mosfet.

https://youtu.be/qal7wObvl7M

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Video explicativo.- Reparación de placas Base (cambio de Mosfet)

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https://youtu.be/RPyOS5NPnhI

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Video: Comprobación de patillaje de un Mosfet.

Observa el proceso de comprobación de las patillas de un Mosfet. IRFZ44EPBF, N-Canal

Actividad.- Identificación de las patillas de un Transistor Mosfet.

1.- Escribe las referencias del componente que te entrega el profesor Roberto.

2.- ¿Qué componente es?

3.- Con la ayuda del polímetro los valores de cada patilla.

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5.- Entra en el datasheet y comprueba las patillas.

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4.- Pon el nombre de cada patilla.