TRANSISTORES BIPOLARES
Introducción
El transistor unipolar es un elemento cuya resistencia interna puede variar en función de la señal de entrada aplicada; esta variación provocada hace que sea capaz de regular la corriente que circula por el circuito en el que se encuentra conectado. Está formado por la unión de tres pastillas semiconductoras (N o P) unidas entre sí, siendo la central diferente a las de los extremos; de este modo, podemos encontrar transistores NPN o PNP. La pastilla central es la base y es la más pequeña de todas, y las de los extremos son el emisor y el colector (mayor que la del emisor). El emisor está fuertemente dopado de portadores, y su misión es inyectarlos en la base. La base está ligeramente impurificada (menos dopada), y es por aquí por donde pasan los portadores que proceden del emisor camino del colector; de esta manera se crea una corriente. El colector está más dopado que la base, pero menos que el emisor, siendo éste quien recoge los portadores que vienen del emisor y no ha recogido la base.
En todo transistor se cumple, respecto a tensiones y corrientes, lo siguiente:
Vcb + Vbe = Vce
Ic + Ib = Ie
Además, como un parámetro muy importante, tenemos que:
B (beta o hfe) = Ic/Ib
y es la ganancia de corriente colector-base cuando la resistencia de carga es nula.
Polarización Consiste en conseguir las tensiones adecuadas en cada punto del circuito, las corrientes deseadas y el punto de reposo (o trabajo ) Q. Todo lo anterior implica conectar los transistores a ciertas resistencias que, por medio de las caídas de tensión producidas en ellas, lograrán establecer los valores pretendidos, así como su estabilidad. Todo esto se hará a partir de tensiones contínuas.
Ic = f(Vce) --corriente de colector función de la tensión colector-emisor--.
Para obtener los dos puntos que definen la recta, plantearemos la ecuación de la malla de colector en el circuito que estemos analizando, haremos:
Ic = 0
y obtendremos Vce (punto de corte con el eje horizontal y máxima tensión que se puede aplicar).
A continuación hacemos :
Vce = 0
y obtendremos Ic (punto de corte con el eje vertical y máxima corriente que nos puede proporcionar).
Siempre está situado en la recta de carga y dentro de alguna curva, especificando una cierta corriente de colector Ic y una determinada tensión colector-emisor Vce.
Para obtener el punto de trabajo Q plantearemos tres ecuaciones: La de la malla de base, la de la malla de colector y por último la ecuación del transistor
Ic = Beta x Ib.
Posteriormente veremos aplicaciones de lo anterior en diversos circuitos de aplicación.
Zona de corte, zona activa y zona de saturación.
* Zona de corte
En esta zona siempre tendremos Ib = 0, Ic = 0, Vce = Vcc. El transistor se comporta prácticamente como un circuito abierto.
* Zona activa
Aquí es donde el transistor suele trabajar, siendo la zona en donde el transistor amplifica, cumpliéndose Ic = B Ib, Vce = 0,6v (0,2v para el caso de transistores de germanio).
* Zona de saturación
El transistor se comporta aproximadamente como un cortocircuito.
Vce = 0,2v, Ibsat > Ib, Icsat = B Ibsat, Ic = Icsat.
Estabilización La estabilización tiene por objeto evitar el embalamiento térmico y reducir el desplazamiento del punto de trabajo. Para conseguirlo se utilizan métodos por los que un incremento de la corriente de colector dé lugar, por realimentación, a una variación de otra magnitud que ocasione un decremento compensador de dicha corriente de colector, de forma que el incremento de Ic resultante sea mucho menor que el aumento de Ic sin el sistema estabilizador.
Obtención del punto Q:
Ecuación de corrientes:
Ie = Ic+Ib
Malla de colector: Vcc-Vce = IcRc+(Ic+Ib)Re
Malla de base: Vcc-Vbe = IbRb+(Ic+Ib)Re
Ecuación del transistor: Ic = BIb (suponemos B = 120)
De la malla de base ---> Ib = 38,87 microamperios. De la ecuación del trt ---> Ic = 4,58 miliamperios. De la malla de colector ---> Vce = 5,42 voltios.
Ecuación de corrientes: Ie = Ic+Ib
I = Ic+Ib Malla de colector: Vcc-Vce = IR+(Ic+Ib)Re (R = 810 ohmios)
Malla de base: Vcc-Vbe = IR+IbRb+(Ic+Ib)Re Ecuación del trt: Ic = BIb (suponemos B = 110)
De la malla de base ---> Ib = 42,53 microamperios. De la ecuación del trt ---> Ic = 4,58 miliamperios
De la malla de colector ---> Vce = 4,95 voltios.
Estabilización por resistencia de emisor (Re) y polarización por divisor de tensión en base (autopolarización)
El mecanismo eléctrico de este circuito es muy eficaz y se desarrolla del siguiente modo: Si suponemos un aumento de Ic, la caída de tensión en Re aumenta y contrarresta el aumento de la corriente Ic porque se produce un descenso en la tensión de polarización de base Vbe. R1 y R2 son las resistencias que hacen variar el punto de trabajo Q y consecuentemente la zona de trabajo.
Obtención del punto Q:
Ecuación de corrientes: Ie = Ic+Ib
Malla de colector: Vcc-Vce = IcRc+(Ic+Ib)Re
Ecuación de tensión en base: Vbb = Vcc R2/(R1+R2)
Rb = R1R2/(R1+R2)
Malla de base: Vbb-Vbe = IbRb+(Ic+Ib)Re
Ecuación del transistor: Ic = BIb (suponemos B = 110)
De la malla de base ---> Ib = 55,11 microamperios. De la ecuación del trt ---> Ic = 5,31 miliamperios De la malla de colector ---> Vce = 5 voltios.
De la malla de base ---> Ib = 55,11 microamperios. De la ecuación del trt ---> Ic = 5,31 miliamperios De la malla de colector ---> Vce = 5 voltios.
Son las siguientes:
* Emisor común: La entrada es por la base y la salida por el colector. *
Base común: Entrada por emisor y salida por colector. *
Colector común: Entrada por base y salida por emisor.
Cada configuración tiene sus características propias como pueden ser la amplificación de tensión y/o corriente, impedancia de entrada/salida alta, media o baja, etc.
Una vez polarizado el transistor para que trabaje en una zona determinada, introduciremos una señal alterna en su entrada para amplificarla. La amplificación consiste en aumentar la amplitud de una señal eléctrica, por tanto en la salida del amplificador tendremos una señal idéntica a la de la entrada pero de mayor amplitud.
Dependiendo de donde se sitúe el punto de trabajo Q tendremos los siguientes tipos de amplificadores:
* Amplificador en clase A: El punto de trabajo está situado en la zona activa. *
Amplificador en clase B: El punto de trabajo se sitúa en el límite de la zona activa. Sólo amplifican el semiciclo positivo de la señal de entrada, por lo cual se necesitarán dos transistores para amplificar ambos semiciclos (positivo y negativo). *
Amplificador en clase B: El punto de trabajo se sitúa en el límite de la zona activa. Sólo amplifican el semiciclo positivo de la señal de entrada, por lo cual se necesitarán dos transistores para amplificar ambos semiciclos (positivo y negativo). *
Amplificador en clase AB: El punto de trabajo está situado en la parte más baja de la zona de conducción. *
Amplificador en clase C: El punto de trabajo se sitúa en la zona de corte. También aquí se necesitan dos transistores.
Si atendemos a la magnitud a amplificar podemos también hacer la siguiente clasificación:
- Amplicador de tensión. -
Amplificador de corriente. -
Amplificador de potencia. -
Amplificador de contínua. -
Amplificador de baja frecuencia. -
Amplificador de alta frecuencia. -
Amplificador de vídeo frecuenci
AMPLIFICADORES DE POTENCIA DE SIMETRIA COMPLEMENTARIA
PINCIPIOS BASICOS
Los amplificadores de POTENCIA, también denominados de potencia, tienen como misión entregar a la carga una señal de potencia grande con la mínima distorsión y el máximo rendimiento. La impedancia de salida ha de ser pequeña puesto que la carga suele ser un altavoz (4 u 8 ohmios); así pues, estos amplificadores suelen ser en colector común ya que su ganancia de intensidad es muy elevada y esto hace que la intensidad de salida sea grande, lo suficiente como para mover la membrana del altavoz. Existen diversos montajes tales como amplificador en emisor común con acoplo de salida mediante transformador, amplificador con salida en push-pull y amplificador con salida en simetría complementaria
El circuito consta de dos transistores de características idénticas pero de diferente tipo, uno PNP y otro NPN (de aquí su nombre de "complementario"). Están polarizados en clase B por lo que cada transistor conducirá en semiciclos opuestos de la señal de entrada.
Como se puede observar en el osciloscopio, la señal de salida presenta una distorsión llamada distorsión de cruce. Esta distorsión es un tipo más de las que puede haber en cualquier circuito electrónico, siendo las más comunes (y todas ellas indeseables) las de frecuencia, fase o amplitud.
La distorsión de cruce se produce porque al estar polarizado en clase B (muy cerca de la zona de corte) los transistores no empiezan a conducir hasta que haya una tensión de unos 0,6 voltios entre base y emisor. Para evitar esta distorsión se polariza a los transistores en clase AB mediante el aumento del valor de la resistencia R1, o disponiendo dos diodos en serie tal como podemos apreciar en el circuito siguiente; así se produce una caída de tensión igual a la umbral de las uniones base emisor de los transistores, por lo que la distorsión de cruce desaparece (ver señal en el osciloscopio).
