circuito electronico con transistores

7/27/2019 Circuito Electronico Con Transistores

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RESUMEN.

En el siguiente reporte se estarán abordando dos temas muy importantes relacionados al diodo y transistor,donde se utilizara voltaje y corriente, también se realizaran circuitos electrónicos con la herramienta Multisimy la tableta experimental protoboard. Por último se investigara de una herramienta de medición que seencuentra en el programa Multisim.

1.- INTRODUCCIÓN.

Los elementos principales del siguiente reporte son el diodo y transistor, donde se describirán los conceptos,características y clasificación. Proporcionando graficas sobre el comportamiento del voltaje y corriente deestos dos componentes, también se elaboraran dos circuitos electrónicos del diodo y transistor, donde sedescribirá el funcionamiento, utilizando la herramienta osciloscopio y multímetro. Por consiguiente seinvestigara de la herramienta de medición Bode Plotter y por último se dará una conclusión general.

2.- CONCEPTO, CARACTERÍSTICAS Y CLASIFICACIÓN DE UN DIODO Y UN TRANSISTOR,PROPORCIONANDO LAS GRÁFICAS ACERCA DEL COMPORTAMIENTO DE ESTOS DOS

COMPONENTES CON RESPECTO AL VOLTAJE Y CORRIENTE.2.1.- DIODO.

Los diodos de potencia juegan un papel importante en los circuitos electrónicos de potencia, para laconversión de la energía eléctrica. Un diodo funciona como interruptor que efectúa diversas funciones, como

por ejemplo, conmutadores en rectificadores, corrida libre en reguladores conmutados, inversión de carga decapacitor y transferencia de energía entre componentes, aislamiento de voltaje, regreso de energía, de la cargaa la fuente de alimentación y recuperación de la energía atrapada.

Un diodo de potencia es un dispositivo de unión pn con dos terminales (1, 2). Una unión pn se forma, en elcaso normal, por aleación, difusión y crecimiento epitaxial. Las técnicas modernas de control de los procesosde difusión y epitaxiales permiten obtener las características deseadas en el dispositivo. La (Figura 1), muestraun corte de unión pn y el símbolo del diodo.

Figura 1. Unión pn y símbolo del diodo.

Cuando el potencial es positivo con respecto al cátodo, se dice que el diodo esta polarizado directo, y conduceelectricidad, Un diodo conductor tiene una caída directa de voltaje a través de él relativamente pequeña; lamagnitud de esta caída depende del proceso de manufactura y de la temperatura de la unión. Cuando el

potencial del cátodo es positivo con respecto al del ánodo, se dice que el diodo esta polarizado inverso. Bajocondiciones de polarización inversa pasa una corriente pequeña inversa (que también se llama corriente defuga o corriente de perdida), en del orden de micro o miliamperes; esta corriente de fuga aumenta de



magnitud en forma paulatina hasta que se llega al voltaje de avalancha o de Zener. La (Figura 2a) muestra lascaracterísticas v-i de estado permanente para un diodo. Para la mayor parte de los fines prácticos, se puedeconsiderar que un diodo es un interruptor ideal, cuyas características se ven en la (Figura 2b). (Rashid &

Gonzalez y Pozo, 2004, pág. 31)

Figura 2. Características de v-i de un diodo.

Los diodos rectificadores son muy importantes. Un rectificador es un dispositivo que transforma la corrientealterna (ca) en corriente continua (cc). Como los diodos solo facilitan el paso de corriente en un sentido, en elcaso de una (ca) sólo pasara la mitad de cada ciclo. En un cargador de baterías puede emplearse un diodo paradar una cc. Las baterías de acumuladores se cargan haciendo que las atraviese una corriente de sentidocontrario al de su corriente de descarga; entonces, si se dispone de una fuente de alimentación de ca, el diodosolo dejara pasar la parte de corriente que tenga el sentido necesario para restituir la carga de la batería(Figura 3). (Schuler, 1986, pág. 28)

Figura 3. Carga de batería con diodo.

2.2.- TRANSISTOR.

Los transistores de potencia tienen características controladas de encendido y apagado. Los transistores, queutilizan como elementos de conmutación, se operan en la región de saturación, y producen una pequeña caídade voltaje en el estado de encendido. La velocidad de conmutación de los transistores modernos es mucho



mayor que la de los tiristores y se emplean frecuentemente en convertidores cd-cd y cd-ca, con diodosconectados en paralelo inverso para proporcionar flujo bidireccional de corriente. Sin embargo, susespecificaciones nominales de voltaje y corriente son menores que las de los tiristores, y normalmente los

transistores se emplean en aplicaciones de baja a mediana potencia. Los transistores de potencia se puedenclasificar, de manera general, en cinco categorías:

A.- Transistores bipolares de unión (BJT).

B.- Transistores de efecto de campo de metal oxido semiconductor (MOSFET).

C.- Transistores de inducción estática (SIT).

D.- Transistores bipolares de compuerta aislada (IGBT).

E.- COOLMOS.

Se puede considerar a los BJT, MOSFET, SIT, IGBT o COOLMOS como interruptores ideales para explicar las técnicas de conversión de potencia. Un transistor se puede operar como un interruptor. Sin embargo, laelección entre un BJT y un MOSFET en los circuitos convertidores no es obvia, aunque cada uno de ellos

puede sustituir a un interruptor, siempre y cuando sus especificaciones nominales de voltaje y corrientecumplan con los requisitos de salida del convertidor. Los transistores prácticos difieren de los dispositivosideales; tienen ciertas limitaciones, y se restringen a algunas aplicaciones. Se deben examinar lascaracterísticas y especificaciones nominales de cada tipo para determinar su adecuación a determinadaaplicación.

Un transistor bipolar se forma agregando una segunda región p o n a un diodo de unión pn. Con dos regionesn y una p, se forman dos uniones, teniéndose así un transistor NPN, como se muestra en la (Figura 4a). Condos regiones p y una región n, se forma lo que se llama transistor PNP, que se muestra en la (Figura 4b). Lastres terminales son colector, emisor y base. Un transistor bipolar tiene dos uniones: la unión colector-base(CBJ) y la unión base-emisor (BEJ).

Figura 4. Transistores bipolares.

Aunque hay tres configuraciones posibles en transistores: colector común, base común y emisor común, laconfiguración emisor común, que se ve en la (Figura 5a) para un transistor NPN, es la que generalmente seutiliza en aplicaciones de conmutación. En la (Figura 5b) se muestran las características típicas de entrada de



corriente de base IB en función del voltaje base-emisor VBE. La (Figura 5c) muestra las características típicasde salida de corriente de colector IC en función del voltaje de colector-emisor VCE. Para un transistor PNP, seinvierten las polaridades de todas las corrientes y voltajes.

Figura 5. Características de los transistores NPN.

Hay tres regiones de operación de un transistor: de corte activa y de saturación. En la región de corte, eltransistor está abierto o apagado, la corriente de base no es suficiente para saturarlo. Y las dos uniones están

polarizadas inversamente. En la región activa, el transistor actúa como un amplificador, en que la corriente de base se amplifica una ganancia determinada, y el voltaje colector-emisor disminuye al aumentar la corrientede base. La unión colector-base (CBJ) esta polarizada inversamente, y la unión colector-emisor (BEJ) tienen

polarización directa. En la región de saturación, la corriente de base es suficientemente alta como para que elvoltaje colector-emisor sea bajo, y el transistor actúa como interruptor. Las dos uniones (CBJ y BEJ) tienen

polarización directa. La característica de transferencia, que es una gráfica de VCE en función de IB, se muestraen la (Figura 6). (Rashid & Gonzalez y Pozo, 2004, pág. 125)



Figura 6. Características de transferencia.

3.- REALIZA EN EL PROGRAMA MULTISIM UN CIRCUITO ELECTRÓNICO EMPLEANDO ELDISPOSITIVO DIODO.

El circuito electrónico realizado con el dispositivo diodo se compone de las siguientes partes: Fuente dealimentación de 220Vac (V1), fusible de protección de 1Amper (F1), Transformador de 10:1 (T2), puente decuatro diodos 1B4B42 (D2), diodo 1N5404 (D1, D3), capacitor electrolítico de 4700µF (C1), capacitor de100nF (C10, C11), capacitor electrolítico de 22µF (C8), capacitor electrolítico de 10µF (C9), resistencia

variable de 10k (R1), resistencia de 220 (R2), regulador de voltaje LM7812CT (U2), lámparas de 12V10Watts (X1, X2), también se cuenta con equipo de medición los cuales son: Cuatro multímetros (XMM1,XMM2, XMM3, XMM4), osciloscopio (XSC1).

4.- REALIZA EN EL PROGRAMA MULTISIM UN CIRCUITO ELECTRÓNICO EMPLEANDO ELDISPOSITIVO TRANSISTOR.

En el circuito electrónico realizado con el dispositivo transistor se compone de los siguientes elementos:Fuente de alimentación de 220Vac 60Hz (V1), fuente de alimentación de 6Vcc (V2), interruptor tipoapagador (S1), resistencia de 47k (R1), resistencia de 22k (R2), resistencia de 5k (R3), diodo 1N4004(D1), capacitor electrolítico de 10µF (C1), transistor BC558AP (Q1), transistor BD136 (Q2), fusible de

protección de 500mA (U1), lámpara de 6Vcc 3watts (X1). Cuenta con cuatro dispositivos de medición loscuales son: tres multímetros (XMM1, XMM2, XMM3) y un osciloscopio (XSC1).

5.-DESCRIPCIÓN Y ANÁLISIS CON EL OSCILOSCOPIO DE LOS CIRCUITOS ELECTRÓNICOSREALIZADOS CON DIODO Y TRANSISTOR.

5.1.- CIRCUITO ELECTRÓNICO CON DIODO (FUENTE DE VOLTAJE REGULADA).

En este circuito electrónico podemos apreciar que la entrada de voltaje es de 220Vac (V1), la cual setransforma utilizando un transformador de relación 10:1 (T2), dando como resultado un voltaje de 21.993 Vacen su salida, la cual se puede apreciar en el multímetro (XMM1), después se rectifica el voltaje con un puentede diodos (D2), donde obtenemos 26.972Vcc, la cual se envía a un regulador de voltaje de 12Vcc(LM7812CT), el cual nos regula un voltaje de 12Vcc para las lámparas (X1, X2), algo muy importante, dondese debe poner atención es que el regulador de voltaje, está realizando su función, ya que nos está regulando elvoltaje de 26.972Vcc, multímetro (XMM2) a 11.693Vcc multímetro (XMM3). También se cuenta con unaresistencia variable para ajuste del voltaje de salida, la cual se encuentra al 100% en su ajuste. En el



Figura 7. Circuito electrónico, fuente de poder utilizando el dispositivo diodo.

osciloscopio, podemos observar el voltaje de entrada (línea roja), como una onda senoidal, ya que es voltajede corriente alterna, en el voltaje de salida (línea amarilla) se puede observar como una línea continua en la

parte superior de la onda senoidal (Figura 7).

5.2.- CIRCUITO ELECTRÓNICO CON TRANSISTOR (LUZ DE EMERGENCIA).

En el siguiente circuito electrónico se puede observar que en presencia de la tensión de la red (220Vac), eltransistor (Q2), se encuentra cortado debido que su base, no se encuentra excitada de manera que no existeconsumo de corriente, ya que el emisor y colector se encuentran abiertos y por lo tanto la lámpara no prende(X1), esto lo podemos observar en el osciloscopio, el cual nos muestra el momento en que tenemos presentela tensión (220Vac) y la salida, se va a cero (Línea amarilla) (Figura 8.1). Al momento que se pierde latensión de entrada (220Vac), el transistor (Q2) se excita y se cierra el emisor y colector. Por lo tanto, tenemos

presencia de voltaje y la lámpara se prende, se puede observar la línea amarilla que incrementa el voltaje(Figura 8.2). Este circuito es semejante, al transistor como interruptor que se utilizó anteriormente en laactividad 3, pero este se utiliza para las lámparas de emergencia.



Figura 8.1. Circuito electrónico con transistores modo apagado, cuando la tensión de entrada está presente.

Figura 8.2. Circuito electrónico con transistores modo encendido, cuando la tensión de entrada no está presente.



6.-CIRCUITOS ELECTRÓNICOS EN TABLETA EXPERIMENTAL PROTOBOARD.

6.1.- FUENTE DE VOLTAJE REGULADA.

En el circuito electrónico de la fuente de voltaje regulada (Figura 9), implementado en la tableta experimental protoboard, se aprecian todos los componentes descritos en el capítulo 3 parte superior.

Figura 9. Fuente de voltaje regulada en tableta experimental protoboard.

6.2.- LUZ DE EMERGENCIA.

En el circuito electrónico de la luz de emergencia (Figura 10), se pueden apreciar los componentes utilizados.Estos componentes se encuentran descritos en el capítulo 4 parte superior.

Figura 10. Circuito electrónico para luz de emergencia con transistores.

7.- HERRAMIENTA EN MULTISIM (BODE PLOTTER).

El trazador de Bode se emplea para analizar la respuesta en frecuencia de un circuito. Es capaz de medir tantola relación entre magnitudes (ganancia de tensión en decibelios) como el desfase (en grados).

El trazador de Bode genera su propio espectro de frecuencia. La frecuencia de cualquier fuente de alterna enel circuito es ignorada, pero el circuito debe incluir una fuente de alterna. (Corporation, 2013)

Se debe conectar los terminales In y Out del trazador de Bode a los puntos del circuito en los que desea medir Vin y Vout (Figura 11).



Figura 11. Trazador de bode.

La magnitud (o fase) y la frecuencia en la intersección del cursor vertical y la traza se muestran en las cajasdebajo de la pantalla, como en el ejemplo a continuación (Figura 12).

Figura 12. Magnitud y frecuencia de fase en bode plotter.

8.- CONCLUSIÓN.

Al concluir los temas tratados de este reporte puedo decir lo siguiente: Lo interesante que ha sido el poder seguir aprendiendo, sobre el diodo y el transistor, ya que se ha podido comprobar el huso y aplicaciones, por medio de circuitos electrónicos, los cuales los tratados en este reporte son: fuente de voltaje regulada, dondese comprobó su funcionamiento y la eficacia de los diodos, como rectificadores y un circuito, para luz deemergencia, donde se pudo comprobar lo magnifico que es un transistor como interruptor. En verdad estoyimpresionado por lo grandiosos que son los diodos y transistores, otra de las experiencias que son de granayuda para mi experiencia personal, es la elaboración de los circuitos electrónicos en la tarjeta experimental

protoboard, ya que se puede comprobar, aunque es virtualmente la inserción de los dispositivos electrónicos.

También al investigar sobre el instrumento de medición, Bode Plotter he comprendido la gran utilidad para elanálisis de las magnitudes y frecuencias de circuitos electrónicos.



Como punto final puedo decir que el seguimiento que se le ha dado al diodo y transistor, ha sido de gran

utilidad para mi formación personal y profesional. La electrónica actual por medio de sus investigaciones nos

ha permitido llegar hasta el punto donde estamos con la micro-tecnología.

BibliografíaCorporation, N. I. (18 de Octubre de 2013). National Instruments. Recuperado el 18 de Octubre de

2013, de National Instruments: http://www.ni.com

Rashid, M. H., & Gonzalez y Pozo, V. (2004). Electronica de potencia. Mexico: Pearson Educacion.

Schuler, C. A. (1986). Electronica, principios y aplicaciones. España: Reverte, S.A.

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