2. CURVAS CARACTERISTICAS y MONTAJES FUNDAMENTALES DEL TRANSISTOR GENERALIDADES Los parámetros que afectan al funcionamiento del transistor son cuatro: lB, VBE, le Y VCE, de los cuales dos están ligados entre sí, concretamente los que forman el circuito de entrada: la y VB. Dichos parámetros se han representado gráficamente en la figura 2-1, correspondiente al circuito básico del transistor.
( +
Ventrada
Vi
V~ d
Para representar en un plano, en un sistema de dos coordenadas, los valores de las tres magnitudes del transistor, es necesario mantener una de ellas constante, pues si variasen las tres. únicamente podrían representarse en el espacio con un sistema de tres coordenadas.
a
,
Para lograr varios puntos de las curvas que continuación se analizan es preciso conectar el transistor de forma que se puedan alterar las polarizaciones de base y de colector, al mismo tiempo que se miden las corrientes que pasan por dichos electrodos. Aunque los fabricantes de semiconductores y los manuales de características proporcionan las curvas de funcionamiento de cada modelo, en la figura 2-2 se presenta un circuito elemental con el que se podrán obtener puntos de dichas curvas, que, al carecer el transistor de resistencia de carga, serán del tipo estático.
Las curvas obtenidas con estos criterios no son las dinámicas de trabajo real del transistor, pues están sacadas sin colocar ninguna carga, pero servirán para determinarlas posteriormente. . .
[11]~
CURVA
IB/VBE PARA VCE CONSTANTE
Relaciona la intensidad lB, que circula por la entrada del transistor, con la tensión que se aplica en el mismo circuito, VBE, para una tensión constante entre colector y emisor. En realidad estas dos magnitudes que relacionan la curva son proporcionales, pues forman el circuito de una unión N-P polarizada directamente. Por este motivo, tanto los valores de VBE como los de le son muy bajos (figura 2-3) .
.
CURVA
Ic/VBE
PARA VCE CONSTANTE
Sirve para relacionar la intensidad de salida del transistor con 19tensión que se aplica a su entrada, manteniendo constante la polarización de colector. Esta curva se ha utilizado en la lección precedente para calcular el valor de la amplificación, lo cual es una incorrección puesto que, en la realidad, al existir una resistencia de carga VCEvaría al hacerlo Ic. En la figura 2-4 se muestra la forma típica de esta curva, en la que se observa que con variaciones pequeñas de la tensión de entrada VeE se consiguen incrementos importantes- en la intensidad de salida le. '" le (mAl 20 15
1O
5
CURVAS
Ic/VCE
-Son, sin duda, las más utilizadas para la-determinación de los puntos de trabajo del transistor y sirven para relacionar la intensidad y la tensión del circuito de salida, manteniendo constante lB en un caso o VBE en el otro, dando lugar a las dos variantes de este tipo de curvas que se presentan en la figura 2-5, para un transistor de Ge, puesto que en los de Si la VSEoscila sobre los 0,6 V. Como la construcción de estas curvas es totalmente teórica, y en la práctica se precisan datos de comportamiento real, existen cuatro parámetros universales que lo definen:
IC(mA}
'cImA)
's ==
VBE == O'3V
100¡tA
15 V
lB == 50"A
:: 0'2 V
BE
V
lB == 20"A
BE
:: 0'1 V
5
O
O 2
4
6
8
10 VCE
2
4
6
8
10
VCE
«Resistencia dinámica de entrada con salida en corto, VCE = cte.»
..:l VSE r=H11=--..:lIBE
«Relación entre la tensión de salida
«Conductancia
y la de entrada,
con lB = cte.»
de salida, con VSE = cte,»
«Relación entre la corriente de salida y la de entrada, con, V CE = cte.»
•
En muchas ocasiones el -coniunto de las curvas características mencionado suele venir en un ·solo gráfico, como el indicado en la figura 2-6, en el que se ha colocado un punto A que se refleja en los cuatro cuadrantes. De esta forma se determinan los cuatro parámetros que definen el comportamiento del transistor en ese punto. El punto A queda definido al interpretar su posición en los cuatro cuadrantes, con los siguientes parámetros que marcan el funcionamiento del transistor en dicho puntos: PUNTO A:
lB
= 50
¡¡.A;
le = 5 mA;
VCE = 5 V;
VBE
= 0,21
V.
'CImA)
10 I
B
A
"" lOO"A
'B "" 50ltA
'B "" Op.A VCE
'B 10V
:5V
100jlA
I I I
,, I, , ,I
'B =OjlA
I
lB = 25jlA
'B =50}
'A
's
= 100jlA
VBJ
MONTAJES FUNDAMENTALES CON TRANSISTORES El transistor, igual que la válvula, tiene tres formas de trabajo diferentes, según el conexionado de sus electrodos. Generalmente, uno de los electrodos será el de entrada; otro, el de salida y, el tercero, el común para los dos anterio> res. El circuito más utilizado es el que se ha estado analizando hasta ahora, en el que la base era el electrodo de entrada, el colector el de salida y el emisor el común, que suele mandarse a tierra, por lo que este circuito recibe el nombre de emisor común. Hay otro circuito en el que la base es el electrodo común y un tercero en que lo es el colector, existiendo bastantes diferencias entre las características de los tres.
MONTAJE DE EMISOR COMUN Como ya se ha dicho, este montaje es el más utilizado y se caracteriza por ser el emisor el electrodo común y la base y el colector, respectivamente, los electrodos de entrada y salida. El montaje de emisor común con transistor PNP, en Iuqar del NPN, mostrado en la figura 2-7 es similar, con la 'única variante de que las polarizaciones directa e inversa, Vd y Vi, son contrarias a las-que se muestran en dicha figura.
;4'
V CE = Vsalida
1
Ventrada
POLARIZACION FIJA
MONTAJE
DE BASE COMUN
En este caso el electrodo común del transistor respecto al de entrada y al de salida es la base. La señal de entrada se aplica al emisor y la de salida al colector. La figura 2-8 presenta el circuito de un transistor PNP con base a masa. En este montaje la tensión y la intensidad de entrada son VSEe lE, mientras que las de salida son Vsc e le. Como se explicó anteriormente, en el caso de ser un transistor NPN, lo único que cambian son las polaridades de las pilas de '" alimentación. En este montaje las señales de entrada y salida están en fase.
E Vsalida Ventrada
l,
('
BASE COMUN
(/5J
-
----~--------------------~-~-----------~-~-----~~----
MONTAJE DE COLECTOR COMUN En este tipo de montaje el electrodo común, con el de entrada y el de salida, es el colector, siendo la base el de entrada y el emisor el de salida. La señal de salida está en fase con la de entrada. La figura 2-9 presenta el circuito clásico de colector común con un transistor NPN.
Vsalída
vEC
Ventrada
Vd
-1 +
+ COLECTOR
CARACTERISTICAS FUNDAMENTALES
Vi
1
COMUN
DE LOS TRES MONTAJES.
A) Impedancia de entrada: Es la resistencia interna que presenta el transistor a la señal de entrada y viene determinada por la fórmula siguiente, que se aplica al caso particular del circuito de emisor común. •..
D.
v.;
ZE=---
D.
'ent
Como quiera que la polarización entre base y emisor es directa, el valor de la impedancia de entrada de este montaje es bajo y comprendido entre los 10 Y los 10.000 ü. Se recomienda estudiar el cuadro de los valores típicos de las magnitudes fundamentales que se ofrece al final del capítulo. . B) Impedancia de salida: Es la resistencia interna del transistor entre sus terminales de salida. Para el caso del circuito de emisor común, la fórmula que sirve para hallar su valor es la siguiente: .6.V sal Z =--s
;
D.
'sal
e) Amplificación de corriente: Es el cociente entre la intensidad de salida y la de entrada, Que en el caso del circuito de emisor común se obtiene de la siguiente forma: ~Ic
---
(3=
~IB
D) Amplificación de tensión: Es el cociente entre el incremento de la tensión de salida y el correspondiente a la entrada.
~ Vsal
~v.: E) Amplificación de potencia: Es el cociente entre la potencia de la señal de salida y la de entrada. ~Wsal
~ Went
En la siguiente tabla aparecen los valores típicos de estas magnitudes características para los tres tipos de montajes. Del. análisis de las diferencias entre las características se deducen sus posibilidades v aplicaciones.
de los tres montajes
.t).
II VSE
--
= 10-10.000 lila
l> VCE
--=
10K-looK
l>le A le
fJ = --
= 100-1.000
a Vec --= ale
'
aWe --=1.000-10.000
aws
-II VES
l>WE
50-500
""
= 10-100 ala
.~
I
= 500-5.000
-
>?
lIWe
--
eNCE
--= AIE),j AlE
II Ve.
=100-1.000
ec
7'=--
A lE
AVeE
-l> VeE
SOOK-1M
Ale ",=-·-<1
Al.
V
--=lOOK-1M Ale
=10-100
=100-1.000
, aWE --=
10-100
¡:'Wa
Dado que el montaje de emisor común reúne las características medias más aceptables, tanto en amplificación de corriente como de tensión. la potencia que se logra es máxima. así como también es muy interesante el mínimo desnivel entre las impedancias de entrada y salida que facilita los acopios entre etapas. Por todo ello éste es el circuito más usado. El montaje de base común tiene una aplicación especial en circuitos que amplifican frecuencias elevadas; el de coiector común se emplea frecuentemente como adaptador de impedancias. puesto que su impedancia de entrada es muy elevada comparada con la de salida.
[I-t]
