Liceo Industrial de Electrotecnia Ramón Barros Luco- La Cisterna 1

Prof: Claudio Pinto Celis.

Módulo 2: Medición y Análisis de Componentes y Circuitos Electrónicos. Conceptos de Transistores. Los transistores bipolares son una extensión de los diodos. Similar a estos, también son semiconductores, pero con una diferencia fundamental, poseen tres terminales, EMISOR, BASE y COLECTOR. Asumiendo su relación con los diodos y exponiendo una radiografía eléctrica de ellos, se genera lo que muestra la figura 13. En ella se observa una combinación de diodos dispuestos de distinta forma, que da origen a dos tipos de transistores., PNP y NPN, respectivamente . Según el esquema, los transistores se componen , de tres obleas de material semiconductor , en una combinación tal , que los extremos son de un mismo material y la zona central de otro tipo. La designación de cada zona es función del tipo de transistor del que se trate . En la Fig-13 aparece indicado lo anterior.

.Transistor tipo PNP

Transistor tipo NPN 1

FIG-13: Radiografía eléctrica de un Transistor. 2 Polarización En este aspecto, debe considerarse el sentido de conducción de un diodo. El principio de funcionamiento indica que la dirección de la corriente que circule por ellos, es de ánodo a cátodo. Si en la figura 13 se observa la disposición para el transistor PNP y teniendo presente lo anterior ,puede , fácilmente, concluirse que necesariamente para un funcionamiento correcto de la juntura emisor-base, el terminal de emisor debe ser positivo con respecto a la base, en por lo menos , una diferencia de 0,6 volt ó mas. Si se mantiene este mismo concepto y recurriendo a la figura mencionada, la juntura colector – base debería polarizarse directamente. Esto significa que el colector es positivo con respecto a base, también en 0,6 volt. Visto así, en la zona central, llamada base, se encuentra la sumatoria de las corrientes de emisor - base y colector - base, respectivamente, de acuerdo a lo que se plantea. Esto no es efectivo por varias razones, entre las cuales se mencionan, por ejemplo, que el área de la zona de base es muy pequeña y por tanto no está concebida para que circule un gran flujo de corriente por ella, además, que el elemento ha sido estructurado de manera que las zonas de mayor conducción sea los extremos, considerando a uno de ellos como terminal de entrada y al otro, como terminal de salida para la corriente. En el transistor PNP se determinó que la corriente debe circular de Emisor a Colector. Esto condiciona la polarización y genera una nueva interrogante. El diodo que conforma la juntura colector- base, para satisfacer esto debe ser polarizado inversamente y bajo estas condición el diodo no conduce. La explicación valedera es que, esta juntura es dopada de tal manera, que es posible la presencia de una corriente inversa por ella, similar a la corriente por un diodo zener. De acuerdo a esto puede hacerse un resumen sobre la forma de polarizar un transistor PNP. 1.-El sentido de conducción de un transistor PNP es de Emisor a Colector. 2.- La tensión de emisor, VE, debe ser mayor que la tensión de base, VB, en 0,6 volt o más. 3.- La tensión de base, VB, debe ser mayor que la tensión de colector, Vc, en un valor que lo determina el fabricante. 4.- Consecuentemente, la tensión de emisor, VE, debe ser mayor que la tensión de colector, Vc.

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Para un transistor del tipo NPN, se debe cumplir que : 1:- La tensión de colector, Vc es mayor que la tensión de base. VB, en un valor determinado por el fabricante. Es decir, la juntura colector-base, se polariza inversamente. 2.-La tensión de base debe ser positiva con respecto a la tensión de emisor, por lo menos en 06 volt. Para que el diodo de la juntura base-emisor quede polarizado directo. 3.- Consecuentemente, la tensión de colector debe ser mayor que la tensión de emisor.

FIG-14: Simbología para un transistor PNP y NPN, respectivamente.

Visto lo anterior, se hace necesaria la utilización de dos fuentes para polarizar un transistor, independiente del tipo que sea. Teóricamente y prácticamente esto es posible, pero, considerando espacio, costos, simplicidad de la circuitería, etc, se ha creado un método de auto polarización. Este método emplea un principio básico de redes eléctricas, divisor resistivo

Fig-15:Red de polarización para un transistor NPN. 3

En la figura 15 se aprecia una red de polarización, con fuente única, empleando el principio mencionado, para un transistor NPN.. La polarización de base se establece por medio del divisor resistivo conformado por R1 y R2 Conectado directamente a la fuente principal Vcc. Por medio de R3 se establece la vía de corriente para polarizar el colector del transistor. Finalmente, el emisor se encuentra referido a masa a través de R4. Los valores de las resistencias se han determinado de manera que se cumplan los requisitos mínimos de las condiciones mencionadas. De igual manera se establece la red de polarización para un transistor PNP .La distribución de los componentes, según se aprecia en la Fig-16, es similar a la anterior, con diferencias inherentes al tipo de componente que se emplea y que se refiere a los terminales de él.. En efecto, la fuente de polarización, ahora, VEE, es conectada al emisor y la referencia a masa se establece desde el colector. La base conserva la misma red para polarización.

Fig-16:Red de polarización para un transistor PNP.

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Mediciones Básicas e Identificación de los Terminales de un Transistor

Según lo expuesto en base a la estructura interna de un transistor, no debería ser complicado obtener el tipo y la identificación de los terminales del elemento. A nivel de información escrita, existen los manuales técnicos donde los fabricantes entregan las características técnicas, incluyendo, la posición de los terminales de emisor, base y colector respectivamente, agregando esquemas pictóricos de ellos. En el área práctica, por medio de un óhmetro es posible el mismo logro, solo teniendo en presente que se trata de diodos. La lógica señala que son necesarias seis mediciones para el objetivo. Pero, la experiencia práctica plantea que con tres mediciones es posible obtener resultados satisfactorios. En efecto, asígnese a los terminales las letras A, B y C, respectivamente y efectúense las siguientes mediciones. 1.- Terminal “positivo” del óhmetro a terminal A. y terminal negativo del instrumento a terminal B. Existen dos posibilidades: a.- que indique cierto valor resistivo. b.- que señale infinito (circuito abierto En el primer caso , no mueva la conexión al terminal A y cambie la del terminal B , a la posición C. Nuevamente, en la última medida, se dan dos condiciones: a.- cierto valor óhmico. b.- infinito ohm. Si se da el caso “a”, entonces se ha identificado la base. Corresponde al terminal que ha permanecido fijo. Es el “positivo “ del instrumento y por consecuencia ,ella es positiva,: Esto indica que esa juntura es del tipo P y se trata de un transistor NPN. 2.-Si en el punto 1 se da la opción “b “, entonces, invierta la posición de los terminales del óhmetro, en los mismos terminales del transistor. Lo mismo que en las mediciones anteriores, se tiene: a.- cierto valor óhmico. b.- infinito ohm. Si la opción “a” se presenta, entonces mantenga una posición de los terminales del instrumento y la otra cámbiela al otro terminal del transistor. Si la ultima medida también indica cierto valor óhmico, entonces el terminal que permaneció fijo es la base y el tipo lo determina la polaridad de aquel terminal. Si el resultado es la opción “b”, entonces ninguno de los terminales es la base. El procedimiento posterior, es de lógica conclusión. 3.- Para identificar el emisor y colector, existe una base fundamentada en la experiencia. La resistencia “base- emisor” es levemente mayor que la resistencia “colector- emisor”. 5

Fig-17: Esquema de posibles conexiones para identificación de los terminales de un transistor. Parámetros de un Transistor. Semejante a cualquier componente electrónico, el transistor presenta características propias que son determinadas por fabricante y entregadas al técnico por medio de los parámetros que lo rigen. Entre los mas importantes se tienen: 1.- IC: refiérese a la corriente de colector que puede circular por el elemento. Se expresa en Amper ó mili-amper. Los valores dados por los manuales , son valores máximos. 2.- VCE; corresponde a la tensión entre colector y emisor que es capaz de soportar el transistor, para el tipo NPN. Se expresa en volt. 3.- VEC: se refiere a la tensión máxima entre emisor y colector, para un transistor PNP, que puede soportar el elemento. Se expresa en volt. 4.-hFE : expresa una relación entre corrientes en el transistor. Se asocia a ganancia y se identifica ésta, por este parámetro. Es adimensional. Para la configuración emisor común, a analizar posteriormente, de conoce como, “B” (beta), en cambio para la configuración “base común”, a esta se la designa por “ALFA” L. Las relaciones entre ambas y todo lo asociado a ellas se verá en temas posteriores. 5.- Pc: este parámetro es de suma atención y necesario de considerar cada vez que se diseñe un circuito transistorizado . Determina la máxima capacidad de disipación que es capaz de soportar la juntura de colector. Se expresa en Watt o submúltiplos de él. 6

5.- Los manuales incluyen, además, el valor de la máxima frecuencia a la cual es capaz de responder el transistor. Se le llama frecuencia de corte y se expresa en MHz. 6.-En ciertas ocasiones, para circuitos que operan especialmente en alta frecuencia, los manuales entregan los valores de las capacidades entre las junturas, expresadas en pF 7.- IB. Es la corriente de base del elemento, expresada en mA. 8.- IE: es la corriente de emisor , expresada en Amper o submúltiplos de ella. Todo lo referido a estos parámetros, sus relaciones, influencia en el comportamiento, interpretación de curvas características, cálculos y mediciones de ellos, etc, se verán en clases siguientes.

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