TEMA II Electrónica Analógica Electrónica II 2007 1 2 Electrónica Analógica 2.1 2.2 2.3 2.4 Amplificadores Operacionales. Aplicaciones de los Amplificadores Operacionales. Filtros. Transistores. 2 1 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 3 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. 4 2 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 5 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. 6 3 Polarización El Transistor como amplificador de corriente: Ganancia en corriente Æ típicamente 100 7 Polarización 8 4 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 9 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 10 5 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. 11 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. 12 6 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 13 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. 14 7 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. 15 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. 16 8 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 17 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. 18 9 El transistor de Efecto de Campo 19 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. 20 10 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. 21 11