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RADIO INSTITUTO
CURSO DE
ELECTRÓNICA - 2
LECCIÓN Nº 26
TRANSISTORES
EN CIRCUITOS DE AUDIO - POLARIZACIÓN
EN CLASE A – AMPLIFICACIÓN SATURACIÓN Y CORTE - EN CIRCUITOS DE CONMUTACIÓN
- INVERSIÓN DE PULSOS Y PULSOS EN FASE CON NPN Y PNP - ESTADOS DE
SATURACIÓN Y CORTE NETOS - MONTAJE DÁRLINGTON - RELACIÓN CON DIODOS DE
SILICIO - JUNTURAS
Los transistores tienen una
multiplicidad de aplicaciones en todo circuito electrónico, desde las
etapas de R.F. de un simple receptor hasta la salida de audio de un
poderoso amplificador de cientos de Watts encontramos transistores de todo
tipo y potencia en infinidad de equipos.
No es nuestra intención abundar
sobre éste tema que ya ha sido estudiado en nuestros cursos de transistores
ya sean de Radio, Televisión y Televisión color, pero en el caso de
Electrónica Digital su comportamiento y polarización son algo distinto y
creemos necesario dedicar un espacio a éste tema repasar algunos conceptos importantes y
poder apreciar las diferencias entre su uso en amplificadores y en
circuitos sometidos a conmutaciones rápidas y estados absolutos (corte ó saturación) como es el caso de
los digitales.
TRANSISTOR COMO
AMPLIFICADOR DE SEÑALES DE AUDIO
Veamos a continuación como se
desempeña un transistor polarizado convenientemente, como amplificador de
señales de audio en clase A o sea que trabaja en la parte lineal de su
curva característica.
Figura 1
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En
este caso supongamos que la corriente de reposo (sin señal en base) hace que la tensión en colector sea de 9
V, con la misma fuente de 12 V. Figura 3.
Como
vemos en éste caso, al aplicar una señal en base de suficiente amplitud
para no saturar el transistor, conseguimos una señal de salida de menor
valor PP (pico a pico); si incrementamos la entrada, el semiciclo positivo
de salida se deforma achatándose, mientras que el negativo sigue creciendo
todavía 6 V más hacia el 0 V. Figura 4.
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Elec-2 - 3/12
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Los transistores a utilizar en
estos casos deben tener la suficiente ganancia para que la onda cuadrada aplicada
en su entrada no sufra ninguna deformación en la salida, o sea que conserve
perfecta simetría y sus flancos ascendente y descendente se mantengan bien
verticales.
Normalmente todos los transistores
de silicio de usos generales que se encuentran en plaza son de elevada
ganancia para ser usados en circuitos de conmutación, solo hay que
polarizarlos adecuadamente para aprovechar al máximo sus características y
no sobrecargarlos a fin de evitar su calentamiento y posible destrucción.
Según la corriente y la tensión que se deba manejar, siempre habrá un
transistor adecuado. La corriente máxima que puede circular de colector a
emisor está limitada por la tensión de polarización de base y el resistor o
la carga de colector.
Veamos a continuación un ejemplo de
polarización de un transistor NPN de usos generales tipo BC547.
Según los manuales, éste transistor
soporta una tensión base-colector (Ucbo) de 50 V, y una corriente máxima de
colector (Ic) de 100 ma (0,1 A), los demás datos
no interesan en éste caso. Como nosotros lo vamos a utilizar con una fuente
de 12 V y una corriente muy
inferior, diremos que éste transistor es apropiado.
En la
figura 6 vemos éste transistor con un resistor de carga de 2,2 K en
su circuito de colector; digamos de paso que la expresión resistor ó
resistencia que estamos empleando indistintamente, se refiere al mismo
componente y es habitual emplear cualquiera de ellas.
La base del mismo está conectada a
través de un resistor de 10 K a la salida de un separador inversor que bien
podría ser uno de los seis que componen el circuito integrado CMOS, CD4069.
El emisor está conectado a masa, o sea emisor común; recordemos que ésta
denominación se refiere a que, conectado de ésta manera, éste terminal es
común a la señal de base y de colector. Puede observarse que la base solo
se polariza cuando aparece la señal digital en la salida del separador, y
lo hace abruptamente, es decir, de estar a un potencial 0 (masa) pasa a
potencial 1 (fuente).
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Como vemos el resultado es el
mismo, y la pequeña diferencia que existe al hacerlo sin considerar la
caída de la juntura, es totalmente despreciable.
De todos modos para lograr una
corriente de colector de 5 ma, partiendo de 1 ma en el circuito de base, se
necesita un transistor cuya ganancia de corriente (Beta o Hfe) sea como
mínimo igual a 5 (ganancia = Ic / Ib), naturalmente todos los transistores
tienen una ganancia muy superior; en el caso del BC547 está entre 100 y
300, por lo tanto para ésta corriente de colector podríamos lograr la
saturación efectiva con menor corriente en base, pero siempre es mejor
trabajar con holgura, por supuesto dentro de los límites permitidos.
Observe que la señal de salida en colector
(Figura 6) tiene la fase invertida con respecto a la entrada; si
necesitáramos la fase original se puede conectar el mismo transistor como
seguidor emisivo, con los mismos componentes, entonces el circuito quedaría
como se indica en la figura 7.
En éste caso la tensión de salida
del nivel alto, se verá reducida en 0,7 V debido a la caída que introduce
la juntura base - emisor del transistor como ya hemos visto, y que a
consecuencia de no estar conectado directamente a masa sino a través de la
resistencia de carga, se hace presente también entre colector y emisor.
Todo lo expuesto está basado en la situación que el separador entrega un
pulso de salida alto (1) y que el estado de reposo del mismo es un nivel
bajo (0), si la condición fuera la inversa, es decir reposo en 1 y pulso de
nivel 0 podemos usar en igual forma un transistor PNP, por ejemplo el BC557
que es complementario del BC547, para conseguir idénticos resultados. Figuras 8 A y 8 B.
Resumiendo: Si la señal o pulsos
que entrega el separador son de nivel alto, es decir transición de 0 a 1, se usará un
transistor NPN, si fueran de nivel bajo, transición de 1 a 0, usaremos un transistor PNP.
Lo expuesto está
referido a situaciones que se presentan algunas veces en circuitos digitales
donde se hace necesario el uso de transistores para acoplar las salidas de
circuitos integrados con otros elementos como ya veremos mas adelante.
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Sería lo mismo que si en éstas
figuras, la polaridad del pulso que entrega el separador fuera de nivel
contrario al del gráfico, de éste modo los transistores conducirían
permanentemente y pasarían al corte cuando se presenta el pulso.
Observe que en B de la figura 8 también se presenta una caída de 0,7
V al igual que lo visto en la figura 7, lo que significa que los
transistores conectados como seguidor emisivo introducen dicha caída sean
PNP o NPN indistintamente.
ESTADOS DE SATURACIÓN Y CORTE NETOS
A continuación vamos a repasar brevemente
los conceptos básicos sobre polarización de los transistores de silicio
para lograr una saturación efectiva y también mantenerlos al corte con
seguridad. Como hubo algunos alumnos de otros cursos que no tenían muy
claro éstos conceptos, nos parece importante recrear nuevamente éste tema.
Un transistor NPN recibe en su
colector el +B de la fuente en todos los casos, ya sea directamente si está
conectado como seguidor emisivo (Figura 7) o a través de la carga, que
puede ser una resistencia (Fig.6), un diodo led con su correspondiente
resistencia de limitación, la bobina de un relé etc. Salvo en el caso del
seguidor emisivo, el emisor se conecta directamente a masa.
EL ESTADO DE CONDUCCIÓN SE LOGRA
CUANDO LA BASE SE TORNA POSITIVA CON RESPECTO AL EMISOR EN 0,6 A 0,7 V, esta
magnitud varía un poco entre las diferentes partidas de transistores pero
no es significativa como para tomar en cuenta.
La medición con un tester se
efectúa entre masa (punta negra) y base (punta roja). Si bien entra en
conducción, esto no significa que esté saturado, pues la corriente de base
puede ser insuficiente; recién diremos que está saturado cuando la
antedicha corriente de base adquiere tal magnitud que la tensión de
colector se reduce a cero o un valor muy cercano.
Algunas veces se necesita una alta
corriente de colector porque la carga aplicada al mismo así lo requiere;
tomemos por ejemplo un relé cuya bobina tiene una resistencia de 50 Ohm, y
que debe comandarse mediante un transistor desde una fuente de 12 V, como
el caso de los ejemplos anteriores.
En éste caso se toma el bobinado
como resistencia pura, porque trabaja en corriente continua; si fuera en
corriente alternada, se tomaría el valor de reactancia inductiva (XL), que
varía según la frecuencia, pero que siempre es mucho mayor. Veamos que
consumo tiene éste relé, sabiendo que todo ha de circular a través del
transistor que utilicemos para su gobierno.
Los cálculos son los mismos que los
efectuados para la figura 6, o sea:
I 12
E
= --------- = --------- = 0,240
A. Lo que es igual a 240 ma
R 50
Por de pronto ya no podemos
utilizar el BC547, cuya corriente máxima admisible es de 100 ma, pero podemos sustituirlo por un BC337 que
tiene un máximo de 800 ma.
Siempre es conveniente no superar
el 50% de la corriente que entregan los transistores, ya que estos valores
son dados como límite y en condiciones de corta duración.
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Diremos que en plaza existen
transistores Dárlington ya encapsulados en una sola unidad, y de distintas
potencias, aunque el montaje descripto no ofrece dificultad y generalmente
es más económico.
El diodo que se observa en paralelo
con la bobina del relé y en oposición a la corriente contínua de la fuente,
cumple la función de absorber la Fuerza Contraelectromotriz que se genera
en todos los circuitos inductivos que se someten a conmutaciones y que
suele adquirir valores de cientos de voltios con el consiguiente perjuicio
para el transistor de salida.
Como ya hemos dicho, un transistor
NPN conduce cuando su base es positiva con respecto a emisor en
aproximadamente 0,7 V, y se mantendrá al corte ó estado de no conducción
con 0 V o un valor muy cercano, por supuesto el ideal es que la base quede
directamente a un potencial de masa para que se logre un corte seguro.
La salida de los circuitos
integrados, por ejemplo el separador de las figuras 6, 7, y 8, nos da
efectivamente los dos potenciales bien definidos, es decir que el estado
alto (1) corresponde al +B de fuente, en éste caso 12 V, y el estado bajo
(0) a masa ó cero volt, con lo que se asegura la plena conducción y el
efectivo corte.
Con los transistores PNP sucede lo
mismo pero a la inversa, y es aquí donde algunos alumnos han tenido alguna
confusión que trataremos de aclarar. También éstos transistores conducen
con una diferencia de potencial base-emisor de 0,7 V, pero ahora referidos
al +B.
ESTO SIGNIFICA QUE LA BASE DEBE SER
NEGATIVA EN 0,7 V CON RESPECTO AL EMISOR PARA QUE EL TRANSISTOR ENTRE EN
CONDUCCIÓN.
Las mediciones a efectuar con el
tester difieren de los NPN, y ahora se efectúan así. Tomamos como ejemplo
la figura 8 - A.
Punta roja (+) sobre positivo de
fuente o emisor. Punta negra (-) sobre la base. Lectura en conducción = 0,6 a 0.7 V. Lectura en
corte = 0,0 V.
También pueden efectuarse las
lecturas con referencia a masa del siguiente modo:
Punta negra a masa. Punta roja
sobre la base. Lectura en conducción = 11,30 a 11,40 V.
(Diferencia con la fuente 0,6
a 0,7V). Lectura en corte = 12 V. (Diferencia con la
fuente 0,0 V.)
Naturalmente estas magnitudes de
tensión solo serán apreciadas con exactitud en un tester digital, ya que
con uno analógico no son notables las décimas de volt. Estas diferencias de
potencial de 0,7 V tanto en los transistores NPN como en los PNP se
establecen automáticamente al polarizar la base mediante la resistencia,
cualquiera sea el valor de ésta, dentro de límites razonables lógicamente.
La causa es que estos 0,7 V
corresponden a la caída que introduce la juntura base-emisor, cuyo
comportamiento es igual a la juntura de un diodo de silicio, de uso
corriente, y cualquier diodo de silicio produce una caída similar. En la figura 10 ilustramos un ejemplo práctico para
mejor entendimiento de lo expuesto. Los valores de tensión y resistencia se
han puesto a modo de ejemplo, pues ésta caída se producirá y será la misma,
con cualquier magnitud que se emplee. Si los diodos y los transistores
fueran de germanio, la caída en ambos será de 0,2 V.
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R A D I O
I N S T I T U T O
MATRÍCULA -----------------------
NOMBRE Y APELLIDO
----------------------------------------------------------------
CALIFICACIÓN -----------------------------------
CALLE --------------------------------------------------- Nº --------------
FECHA DE ENVÍO
--------------------------CÓDIGO ----------------- LOCALIDAD
-------------------------------------
CURSO DE ELECTRÓNICA -
2
EXAMEN DE LA LECCIÓN Nº 26
1) En el colector del transistor de la
figura 1 tenemos una tensión de 4 V en reposo; la señal de salida tiene:A =
El semiciclo positivo recortado; B
= El negativo recortado; C = son
proporcionales
2) Un transistor NPN tiene conectada en
colector una resistencia de 1,5 K y
en base 4,7 K con una fuente de 15
V. La corriente total que soporta es:
A = 18,45 ma; B = 13,19 ma; C = 6,81 ma
3) El caso de la pregunta anterior. La resistencia aparente base-emisor es
de:
A = 583 ohm;
B = 645 ohm; C = 219
ohm
4) Un transistor suministra una corriente
colector-emisor de 250 ma, cuando en la base hay una corriente de 1,2 ma. La ganancia (Beta) es: A = 208; B = 120; C = 300
5) En un circuito como el de la figura 7,
pero alimentado con fuente de 9 V.
El pulso de salida tiene un valor PP de: A = 11,3 V; B = 8,3 V; C = 9 V
6) Un transistor NPN con carga en colector
de 2,2 K y fuente de 10 V. Midiendo con el tester tenemos, en base
0,65 V y en colector 2 V. La condición es: A = Saturado; B = Corte; C =En conducción pero no saturado.
7) Dos transistores montados en
Dárlington; uno tiene Beta =
150 y el otro 250. La ganancia total que se obtiene es: A =
37.500; B = 10.000; C = 166
8) En el mismo caso anterior. Que corriente de salida se obtiene si la
corriente de base es de 30
microamper: A = 1,12 A; B = 125 ma; C = 812 ma
9) Al medir la caída de tensión en un
diodo conectado al circuito, en el tester se leen 0,2 V.
Esto significa que: A = El diodo
está abierto; B = Está en
cortocircuito; C = Es germanio
10) En un circuito como el de la figura 8-A accidentalmente se produce un
cortocircuito en la base del transistor con el +B de la fuente y sucede: A
= Se quema el transistor; B = Se
quema la resistencia de 10K; C =
No pasa nada
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* RESPUESTAS AL EXAMEN DE LA LECCIÓN Nº
26 *
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PREGUNTAS
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1
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2
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3
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4
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5
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6
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7
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8
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9
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10
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A
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B
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C
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Marque con una cruz la casilla
que corresponde a la contestación correcta.
NUNCA marque dos cruces en una misma columna
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Esta imagen del
examen está en formato Word para que pueda confeccionarlo fácilmente en la
computadora. Bájelo a la PC, ponga las cruces en los casilleros de las
respuestas, según su criterio, mediante el programa de Word, y luego lo envía
por mail a la escuela. Se lo devolveremos calificado, en formato PDF, con
sello y firma de RADIO INSTITUTO. Si la nota es 10, irá acompañado de la
lección 3 completa. Si es un puntaje menor, usted decide si la quiere recibir
o no de acuerdo a los descuentos vigentes (vea la nota).
Para bajar la imagen
del examen, lo mejor es copiarla y pegarla en una página de Word. Si algo
sale deformado o corrido, intente arreglarlo con el programa o déjelo así si
no molesta mucho. Como no tenemos ficha con sus datos de alumno, ponga solo
nombre y apellido, localidad y país; nosotros completaremos la Nota.
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