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Universidad Tecnológica de Puebla Electrónica l

Carrera de Electricidad y Electrónica Industrial Ing. Magdalena Villar Salvador 1

Universidad Tecnológica de Puebla

Electrónica I Manual de asignatura

Carrera

Electricidad y Electrónica Industrial

Programa 2004

Ing. Magdalena Villar Salvador



Créditos

Elaboró: Ing. Magdalena Villar Salvador / actualización 2008. Revisó: Colaboradores: Autorizó:



Contenido

Objetivo general

Utilizar dispositivos electrónicos básicos en circuitos electrónicos

Habilidades por desarrollar en general

Utilizar dispositivos electrónicos básicos en circuitos electrónicos

Horas Página Teoría Práctica Total 30 60 90 I Introducción a la electrónica 5 1 6 4

II Diodos semiconductores 6 6 12 6

III Transistor bipolares de unión (BJT) 6 22 28 25

IV Transistor de efecto de campo (FET) 6 10 16 35

V Fuentes de CD y osciladores 7 21 28 60 Guía de practicas 73



I INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA

Objetivo particular de la unidad

Identificar la importancia y alcances de la electrónica definiendo su área de aplicación

Habilidades por desarrollar en la unidad

Alcances de la electrónica acorde a su aplicación.

1.1 ANTECEDENTES

La introducción de los tubos de vacío a comienzos del siglo XX propició el rápido crecimiento de la electrónica moderna. Con estos dispositivos se hizo posible la manipulación de señales, algo que no podía realizarse en los antiguos circuitos telegráficos y telefónicos, ni con los primeros transmisores que utilizaban chispas de alta tensión para generar ondas de radio. Por ejemplo, con los tubos de vacío pudieron amplificarse las señales de radio y de sonido débiles, y además podían superponerse señales de sonido a las ondas de radio. El desarrollo de una amplia variedad de tubos, diseñados para funciones especializadas, posibilitó el rápido avance de la tecnología de comunicación radial antes de la II Guerra Mundial, y el desarrollo de las primeras computadoras, durante la guerra y poco después de ella. Hoy día, el transistor, inventado en 1948, ha reemplazado casi completamente al tubo de vacío en la mayoría de sus aplicaciones. Al incorporar un conjunto de materiales semiconductores y contactos eléctricos, el transistor permite las mismas funciones que el tubo de vacío, pero con un coste, peso y potencia más bajos, y una mayor fiabilidad. Los progresos subsiguientes en la tecnología de semiconductores, atribuible en parte a la intensidad de las investigaciones asociadas con la iniciativa de exploración del espacio, llevó al desarrollo, en la década de 1970, del circuito integrado. Estos dispositivos pueden contener centenares de miles de transistores en un pequeño trozo de material, permitiendo la construcción de circuitos electrónicos complejos, como los de las microcomputadoras, equipos de sonido y vídeo, y satélites de comunicaciones. 1.2 DEFINICIONES ELECTRONICA: La electrónica es el campo de la ingeniería y de la física aplicada relativo al diseño y aplicación de dispositivos, por lo general circuitos electrónicos, cuyo funcionamiento depende del flujo de electrones para la generación, transmisión, recepción, almacenamiento de información, entre otros. Esta información puede consistir en voz o música como en un receptor de radio, en una imagen en una pantalla de televisión, o en números u otros datos como en una computadora.



ELECTRICIDAD: La electricidad es el campo de la física aplicada relativo a la generación, transmisión y distribución de energía eléctrica. 1.3 DIVISIÓN DE LA ELECTRÓNICA Electrónica analógica y electrónica digital: La electrónica digital dispositivos que trabajan con dos estados 1 (Lógico) y 0 (lógico), La electrónica analógica dispositivos que trabajan una señal que varía en el tiempo. Los circuitos electrónicos ofrecen diferentes funciones para procesar esta información, incluyendo la amplificación de señales débiles hasta un nivel que se pueda utilizar; el generar ondas de radio; la extracción de información, como por ejemplo la recuperación de la señal de sonido de una onda de radio (demodulación); el control, como en el caso de introducir una señal de sonido a ondas de radio (modulación), y operaciones lógicas, como los procesos electrónicos que tienen lugar en las computadoras.



II

DIODOS SEMICONDUCTORES

Objetivo particular de la unidad Utilizar los diodos de unión y especiales en circuitos de aplicaciones especifica.


Aplicar la teoría de los diodos por medio del armado de circuitos.

2.1 INTRODUCCIÓN Los diodos semiconductores son uno de los dispositivos más sencillos que existen dentro de la electrónica y no por esto quieren decir que sean menos importantes, en la actualidad los diodos juegan un papel muy importante ya que su uso esta relacionado a casi toda la electrónica. Un diodo semiconductor esta formado por dos materiales semiconductores impurificados que al unirse forman el diodo. Un diodo semiconductor tiene una infinidad de aplicaciones entre las cuales podemos mencionar el rectificador, rectificar significa recortar es decir recorta una señal de tipo alterno y como se sabe las señales de tipo alterno tienen un semiciclo positivo y un semiciclo negativo, entonces recortan ya sea el semiciclo positivo o el semiciclo negativo dependiendo de la posición del diodo en el circuito, doblador de voltaje, sujetador de voltaje etc. El funcionamiento de un diodo semiconductor de unión ideal tiene un comportamiento similar a un interruptor, es decir el interruptor puede estar encendido o apagado, o comúnmente podemos decir que conduce cuando esta encendido o no conduce cuando está apagado. En este tema aprenderemos a probar físicamente si un diodo este en buenas condiciones, además sabremos señalar cuales son las dos terminales de los diodos (ánodo, cátodo), al final del tema podremos elaborar circuitos electrónicos donde se involucren los diodos. Además de los diodos de unión existen otros diodos conocidos como diodos Zener este dispositivo lleva este nombre en honor a su descubridor Karl Zener, lo diodos Zener sirven para regular voltajes, sabremos utilizar estos diodos en circuitos prácticos. Los diodos LED (Light Emmited Diode) son otro tipo de diodos que generalmente se utilizan como señalizadores, aprenderemos a determinar de una forma practica las terminales de un diodo LED.



2.2 SEMICONDUCTORES El nombre de semiconductor por si misma proporciona una pista en cuanto a las características de este dispositivo. El prefijo semi se aplica en general a todo aquello que se encuentra entre la mitad de dos límites. El término Conductor se aplica a cualquier material que permita un flujo considerable de carga debido a la aplicación de una cantidad limitada de presión externa. Un semiconductor es por lo tanto un material que tiene un nivel de conductividad en algún lugar entre los extremos de un aislante (de muy baja conductividad) y un conductor como el cobre que tiene un alto nivel de conductividad. El Silicio (Si) y el Germanio (Ge) son materiales semiconductores que tienen la propiedad de cambiar sus características eléctricas a través de un proceso de impurificación. Otras razones incluyen el hecho de que sus características pueden alterarse notablemente mediante la aplicación de calor y luz (una consideración importante en el desarrollo de los dispositivos sensibles a la luz y calor). Un semiconductor es un elemento con valencia igual a cuatro. Esto significa que un átomo aislado de semiconductor tiene cuatro electrones en su orbita exterior o de valencia. El número de electrones en la órbita de valencia es clave para la conductividad eléctrica. Los conductores poseen un electrón de valencia, los semiconductores tienen cuatro electrones de valencia y los aislantes tienen ocho electrones de valencia. Algunas cualidades únicas del Si y del Ge señaladas se deben a su estructura atómica. Los átomos de ambos materiales forman un patrón bastante definido que es de naturaleza periódica (esto es, se repite en forma continua). Un patrón completo se denomina cristal y el arreglo periódico de los átomos se denomina red. En el caso del Si y del Ge el cristal tiene una estructura tridimensional del diamante como se muestra en la figura 2.1

Fig. 2.1 Estructura monocristalina del Si y del Ge

Cualquier material compuesto únicamente de estructuras cristalinas repetitivas del mismo tipo se llama estructura monocristalina En materiales semiconductores de aplicación práctica en el campo de la electrónica, existe esta característica monocristalina y además, la periodicidad de la estructura no cambia de manera importante con la adición de impureza en el proceso de impurificación.



Como sabemos el átomo se compone de tres partículas fundamentales que son el electrón, protón y neutrón en la red atómica los electrones y los protones forman los núcleos en tanto que los electrones giran alrededor del núcleo en una orbita fija. El átomo de Ge tiene 32 electrones en órbita, mientras que el silicio tiene 14 electrones alrededor del núcleo. En cada caso, existen cuatro electrones en la órbita exterior (de valencia). El potencial (potencial de ionización) que se requiere para movilizar cualquiera de estos cuatro electrones de valencia, es menor que el requerido por cualquier otro electrón dentro de la estructura. En un cristal puro de Ge o de Si estos cuatro electrones de valencia se encuentran unidos a cuatro átomos adyacentes como se muestra en la figura 2.2 para el silicio. Tanto el Ge como el Si se dice átomos tetravalentes, porque cada uno tiene cuatro electrones de valencia. Este tipo de unión formada por electrones compartidos recibe el nombre de enlace covalente.

Figura 2.2 Enlace covalente del átomo de Si.

Los materiales semiconductores como el Ge y el Si, muestran una reducción en resistencia con el incremento en la temperatura entonces se dice tienen un coeficiente de temperatura negativo. Al contrario de los materiales conductores que su resistencia aumenta conforme aumenta su temperatura de estos se dice que tiene un coeficiente de temperatura positivo. 2.3 MATERIALES EXTRÍNSECOS TIPO N Y TIPO P Las características de los materiales semiconductores pueden alterarse de modo considerable mediante la adición de ciertos átomos de impureza en el material semiconductor relativamente puro. Estas impurezas, aunque sólo haya sido añadida 1 parte en 10 millones, pueden alterar en forma suficiente la estructura de la banda y cambiar totalmente las propiedades eléctricas del material.



Un material semiconductor que haya sido sujeto de dopado (dopar significa impurificar) se denomina un material extrínseco. Existen dos materiales extrínsecos muy importantes para la fabricación de dispositivos semiconductores el tipo N y el tipo P. 2.3.1 Material tipo N Tanto el material tipo N como el tipo P se forman mediante la adicción de un número predeterminado de átomos de impurezas a una base de Si o Ge. El tipo N se crea a través de la introducción de elementos de impureza que poseen cinco electrones de valencia (pentavalentes), como el Antimonio, Arsénico y Fósforo. El efecto de estas impurezas se muestra en la figura 2.3.

Fig. 2.3 Impurezas de antimonio en el Silicio para formar un material tipo N

Note que los cuatro enlaces covalentes están aun presentes, sin embargo, hay un quinto electrón adicional debido al átomo de impureza el cual no esta asociado con algún enlace covalente particular. Las impurezas difundidas con cinco electrones de valencia se les llaman átomos donadores. Es importante comprender que, aunque un número importante de portadores "libres" se han creado en el material tipo n, éste aún es eléctricamente neutro, debido a que de manera ideal el número de protones cargados positivamente en los núcleos es todavía igual al número de electrones "libres" cargados negativamente y en órbita en la estructura. 2.3.2 Material tipo P El material tipo P se forma mediante la impurificación de un cristal puro de Germanio o de silicio con átomos de impureza que tengan tres electrones de



valencia. Los elementos que se utilizan con mayor frecuencia para este propósito son el Boro, Galio e Indio. En la figura 2.4 se muestra el efecto de uno de estos elementos el Boro sobre una base de Si.

Fig. 2.4 Impurezas de Boro en un en el Si para formar un material tipo P.

En la figura se muestra que ahora hay un número insuficiente de electrones para completar los enlaces covalentes de la red recién formada. La vacancia que resulta se denomina Hueco y se presenta por un pequeño círculo o signo positivo, debido a la ausencia de carga negativa. Puesto que la vacancia resultante aceptará de inmediato un electrón libre, las impurezas añadidas reciben el nombre de átomos aceptores. El material tipo P es eléctricamente neutro. El efecto de un hueco en la conducción se muestra en la figura 2.5 Si un electrón de valencia adquiere suficiente energía cinética para romper el enlace covalente y llena la vacancia creada por un hueco, entonces se creará un hueco en el enlace covalente que liberó ese electrón. En efecto hay una transferencia de huecos hacia la izquierda y de electrones hacia la derecha como se muestra en la figura 2.5.



Fig.2.5 flujo de electrones contra flujo de huecos

2.4 PORTADORES MAYORITARIOS Y MINORITARIOS En el estado intrínseco, el número de electrones libres en Ge o en Si se debe sólo a aquellos electrones en la banda de valencia que han adquirido suficiente energía de las fuentes térmicas o luminosas para romper el enlace covalente o a las pocas impurezas que no pudieron eliminarse. Las "vacantes" dejadas atrás en la estructura del enlace covalente representan una cantidad muy limitada de huecos. En un material tipo n, el número de huecos no ha cambiado de manera significativa de su nivel intrínseco. El resultado neto, por tanto, es que el número de electrones supera por mucho el número de huecos. Por esta razón: En un material tipo n al electrón se le llama portador mayoritario y el hueco es el portador minoritario. En un material tipo p el hueco es el portador mayoritario y el electrón el portador minoritario. Lo anterior se muestra en la figura 2.6

Fig. 2.6 (a) material tipo P (b) material tipo N



En la figura 2.6 se muestran los portadores mayoritarios y minoritarios para los dos tipos de semiconductores. En la figura 2.6 (b) es lo inverso que el material tipo N. Cuando el quinto electrón de un átomo donador deja a su átomo, el átomo que deja adquiere una carga positiva neta: de ahí el signo positivo en la representación de ion donador. Por razones análogas, el signo negativo aparece en el ion aceptor. Los materiales tipo n y p representan los bloques de construcción básicos de los dispositivos semiconductores. En la siguiente sección se encontrará que la "unión" de un solo material tipo n con un material tipo p tendrá por resultado un elemento semiconductor de importancia considerable en los sistemas electrónicos. 2.5 DIODO IDEAL El diodo es un dispositivo electrónico, el más sencillo de los dispositivos semiconductores, pero desempeña un papel muy importante en los sistemas electrónicos. Sus características son muy similares a las de un sencillo interruptor, El diodo tiene una amplia variedad de aplicaciones, que van desde las más sencillas a las más complejas. A parte de los detalles de su construcción y sus características, los datos y gráficas muy importantes que se encuentran en las hojas de especificaciones también se estudiaran para asegurar el entendimiento de la terminología empleada y para poner de manifiesto la abundancia de información de la por lo general se dispone y que viene de los fabricantes Antes de examinar la construcción y las características de un dispositivo real, se considera el dispositivo ideal, para proporcionar una base comparativa. El diodo ideal es un dispositivo de 2 terminales que tiene el símbolo y las características que se muestran en la figura 2.7.

Fig. 2.7 Diodo ideal símbolo y característica



En la figura se puede apreciar que los voltajes a la izquierda (polarización inversa) del eje Y son negativos, por el contrario los voltajes a la derecha (polarización directa) del eje Y son positivos. De manera ideal, un diodo conducirá corriente en la dirección que define la flecha en el símbolo, y actuará como un circuito abierto en cualquier intento por establecer corriente en dirección opuesta. Es decir es un dispositivo unidireccional. Un diodo ideal es un corto circuito para la región directa de conducción (ID≠0) o polarización directa. El diodo ideal es un circuito abierto en la región que no hay conducción (ID=0) o polarización inversa. En síntesis en la figura 2.8 y 2.9 se muestran lo explicado en los párrafos anteriores.

Figura 2.8. Estado de conducción de un diodo ideal

Figura 2.9. Estado de no-conducción de un diodo ideal

2.6 DIODO SEMICONDUCTOR El diodo semiconductor se forma simplemente uniendo los materiales tipo n y tipo p. Como se muestra en la figura 2.10. Existen técnicas para formar esta unión.

Fig. 2.10 Unión P-N sin polarización



En el momento en que son "unidos" los dos materiales, los electrones y los huecos en la región de la unión se combinan, dando por resultado una falta de portadores en la región cercana a la unión. Esta región de iones positivos y negativos descubiertos se le llama región de agotamiento o de vaciamiento, debido al agotamiento de portadores en esta región. Como el diodo es un dispositivo de dos terminales, la aplicación de un voltaje a través de sus terminales permite tres posibilidades: A) Sin polarización (VD = 0V): en ausencia de un voltaje de polarización aplicado, el flujo neto de la carga en cualquier dirección para un diodo semiconductor es cero.

Figura 2.11. Unión p-n sin polarizar externamente.

B) Polarización inversa. Si un potencial o voltaje externo se aplica en la unión P-N de manera tal que la terminal positiva este conectada al material tipo N y la terminal negativa la materia tipo P, como se muestra en la figura 2.12 el número de iones positivos descubiertos en la región de vaciamiento del material tipo N aumentará debido al mayor número de electrones libres arrastrados hacia el potencial positivo del voltaje aplicado. Por razones similares el numero iones negativos descubiertos se incrementará en el material tipo P. El efecto neto, en consecuencia, es un ensanchamiento de la región de vaciamiento. Dicho ensanchamiento de la región de vaciamiento establecerá una barrera demasiado grande como para que los portadores mayoritarios puedan superarla, reduciendo efectivamente el flujo de los mismos a cero. Como se muestra en la figura 2.12



Fig. 2.12 Unión P-N polarizada inversamente

Sin embrago el número de portadores minoritarios que estarán entrando a la región de vaciamiento no cambiará, lo que ocasiona vectores de flujo de portadores minoritarios de la misma magnitud que cuando no se aplica voltaje. La corriente que existe bajo estas condiciones se denomina corriente de saturación inversa y se representa mediante el subíndice S. b) Polarización directa (VD > 0V): Una condición de polarización directa se establece aplicando un voltaje positivo al material tipo P y un voltaje negativo al material tipo N como se indica en la figura 2.13. Es importante notar que el flujo de portadores minoritarios no ha cambiado en magnitud, pero que la reducción del ancho de la región de vaciamiento ha provocado un flujo de portadores mayoritarios intenso a través de la unión. La magnitud del flujo de portadores mayoritarios se incrementará exponencialmente con el aumento de la polarización directa como se indica en la figura 2.14.



Figura 2.13. Unión p-n con polarización directa

Fig. 2.14 Característica del diodo semiconductor



2.7 OPERACIÓN Y CURVA CARACTERÍSTICA DEL DIODO El la figura 2.15 se ilustran las características de operación de un diodo práctico. Esta curva difiere de la característica ideal de la figura 2.7 en los siguientes puntos: conforme el voltaje en polarización directa aumenta más allá de cero Volts, la corriente no fluye de inmediato. Es necesario un voltaje mínimo, denotado por VT, también llamado voltaje de conducción, para obtener una corriente significativa. Conforme el voltaje tiende a exceder VT la corriente aumenta con rapidez. La pendiente de la curva característica es grande pero no infinita, como en el caso del diodo ideal. La tensión mínima VT necesaria para obtener una corriente significativa, es aproximadamente 0.7 V para el diodo de Si (a temperatura ambiente) y 0.3 V para los diodos de Ge. La diferencia de para el silicio y el germanio radica en la estructura atómica de los materiales. Para diodos luminiscentes o diodo LED (Ligth Emmited Diodo) de arseniuro de galio, VT es aproximadamente de 1.2 Volts. Estos diodos se estudiaran más adelante Cuando el diodo está polarizado el inversa, existe una pequeña corriente de fuga, está corriente se produce siempre que el voltaje sea inferior al requerido para romper la unión. El voltaje máximo de polarización inversa antes de entrar a la región Zener se denomina Voltaje de pico inverso o VPI. Si una aplicación requiere de un VPI nominal mayor que el de una sola unidad, varios diodos de las mismas características pueden conectarse en serie. Los diodos también se conectan en paralelo para aumentar la corriente. Los diodos de Si tienen, en general, valores nominales de VPI y de corriente más alto e intervalos de temperatura más amplios que los diodos de Ge. El VPI nominal para los diodos de Si puede encontrarse alrededor de los 1000 Volts, en tanto que para los de Ge el valor máximo es cercano a los 400 Volts. El Si puede utilizarse en aplicaciones en las que es posible que la temperatura aumente a cerca de los 200 ºC. (400 ºF), en tanto que el Ge presenta un valor nominal máximo más bajo 100 ºC. El Si presenta desventajas con respecto al Ge, esto es el voltaje de polarización directa al cual el diodo empieza a conducir es del orden de 0.7 V para diodos comerciales de Si y de 0.3 V para los diodos de Ge.



Fig. 2.15 Curva característica del diodo de Silicio y de Germanio 2.8 EFECTOS DE LA TEMPERATURA La temperatura es un aspecto de suma importancia en el diseño o análisis de los sistemas electrónicos. Afectará prácticamente casi todas las características de cualquier dispositivo semiconductor. El cambio en las características de un diodo semiconductor debido a las variaciones de la temperatura por encima o por debajo de la temperatura ambiente (25oC)se muestra en la figura 2.16 Se observan niveles reducidos de caída del voltaje directo, pero también niveles crecientes de la corriente de saturación a 100 ºC. El potencial Zener experimenta también un cambio de nivel pronunciado.



Fig. 2.16 Variación de las características del diodo con el cambio de temperatura.

2.9 HOJAS DE ESPECIFICACIONES DEL DIODO Los datos relativos a los dispositivos semiconductores específicos se proporciona normalmente por el fabricante en dos formas. Una es una muy breve descripción de un dispositivo que permitirá, en una cuantas paginas una rápida revisión de todos los dispositivos disponibles. El otro caso es una revisión completa de un dispositivo, incluso gráficas, aplicaciones, etc. Esta última solo normalmente se proporciona sólo cuando se solicita en forma específica. Sin embargo, hay ciertas partes de los datos que casi siempre aparecen en cualquiera de las dos, ellas se señalan a continuación: El máximo voltaje en polarización directa VF (máx.) (a temperatura y corrientes especificadas) La máxima corriente en polarización directa IF (máx.) (a una temperatura especificada) La máxima corriente e polarización inversa IR (máx.) ( a una temperatura especificada) El valor nominal del voltaje inverso (VPI) o bien PRV o VBR donde BR proviene del término “ruptura” (a una temperatura especificada), Capacitancia Máxima. La máxima temperatura de operación o del encapsulado. Dependiendo del tipo de diodo que se está considerando, es posible que también se proporcionen datos adicionales, como el rango de frecuencia, el nivel de ruido, el tiempo de conmutación, los niveles de resistencia térmica y los valores pico repetitivo. Para la aplicación que se tiene en mente, la importancia de los datos casi siempre será evidente por si misma, Si la potencia máxima o el valor nominal de disipación se proporciona también, se entiende que será igual al siguiente producto.

PDmax = VD ID



Donde ID y VD son la corriente y el voltaje del diodo en un punto de operación particular, sin que cada variable exceda su valor máximo

Tabla 2.1 Característica de algunos diodos de propósito general.



Fig. 2.17 características eléctricas de los diodos BAY73 y BA123 de alto voltaje.



2.10 APLICACIONES DEL DIODO DE UNIÓN 2.10.1 Rectificación de media onda El análisis en torno al diodo se extenderá para incluir funciones que varían con el tiempo como la forma de onda senoidal y la forma de onda cuadrada. Es claro que el grado de dificultad aumentara, pero una vez que se comprendan algunos cuantos procedimientos fundamentales, el análisis será bastante directo y seguirá un camino común. La red más simple que se examinará con una señal variable en el tiempo aparece en la figura 2.18 (en este caso se utiliza el modelo ideal).

Figura 2.18 Rectificador de media onda

A través de un ciclo completo, definido por el periodo T, el valor promedio es cero. El circuito rectificador de media onda que se muestra en la figura 2.19 generará una forma de onda vo, la cual tendrá un valor promedio de uso particular en el proceso de conversión de AC a DC. Cuando un diodo es usado para el proceso de rectificación, es común que se le llame rectificados. Sus valores nominales de potencia y corriente son normalmente mucho más altos que los de los diodos que se usan en otras aplicaciones, como en computadoras o sistemas de comunicación. Durante el intervalo t = 0 ==> T/2, la polaridad del voltaje aplicado vi es como para establecer "presión" en la dirección que se indica, y encender el diodo con la polaridad indicada arriba del diodo. Al proceso de eliminación de la mitad de la señal de entrada para establecer un nivel DC se le llama rectificación de media onda. El efecto del uso de un diodo de silicio con VT = 0.7 V se señala en la siguiente figura par región de polarización directa. La señal aplicada debe ser ahora de por lo menos 0.7 antes de que el diodo pueda "encender". Para los niveles de vi menores de 0.7 V el diodo aún está en estado de circuito abierto y v0 = 0 V, como indica la misma figura. Cuando conduce, la diferencia entre v0 y vi se encuentra en un nivel fijo de VT = 0.7 V y v0 = vi - VT, según se indica en la figura. El efecto



neto es una reducción en el área arriba del eje, la cual reduce de manera natural el nivel resultante de voltaje DC. 2.10.2 Rectificación de onda completa, puente de diodos El nivel de CD que se obtiene a partir de una entrada senoidal puede mejorar al 100% si se utiliza un proceso que se llama rectificación de onda completa. La red más familiar para llevar a cabo tal función aparece en la figura 2.19 con sus cuatro diodos en una configuración en forma de puente durante el periodo t = 0 a T/2 la polaridad de la entrada se muestra en la figura 2.20 para mostrar que D2 y D3 están conduciendo, en tanto que D1 y D4 se hallan en estado "apagado". El resultado neto es la configuración de la figura 2.21, con su corriente y polaridad indicadas a través de R. Debido a que los diodos son ideales, el voltaje de carga vo = vi, según se muestra en la misma figura.

Figura 2.19 Puente rectificador de onda completa.

Figura 2.20. Rectificador de onda completa para el periodo 0? T/ 2 de voltaje de

entrada vi.

Figura 2.21. Trayectoria de conducción para la región positiva de vi.



2.11 EL DIODO ZENER Los diodos rectificadores y los diodos para señales pequeñas nunca se emplean intencionalmente en la región de rompimiento, ya que esto podría dañarlos. Un diodo zener es diferente; se trata de un diodo de silicio que se ha diseñado para que opere en la región de rompimiento. En otras palabras, a diferencia de los ordinarios que nunca trabajan en la región de rompimiento, los diodos zener funcionan mejor en la región de rompimiento. Llamado a veces diodo de rompimiento, el diodo zener es la esencia de los reguladores de voltaje, los cuales son circuitos que mantienen el voltaje casi constante sin importar que se presenten grandes variaciones en el voltaje de línea y la resistencia de carga. En cualquiera símbolo de diodos, donde aparezca una letra “z”, denota al zener. Variando el nivel de impurificación de los diodos de silicio, el fabricante puede producir diodos zener con voltajes de rompimiento que van desde 2 hasta 200V. Estos diodos pueden operar en cualquiera de las tres regiones: directa de fuga y rompimiento. En la región directa, el diodo zener comienza a conducir aproximadamente a los 0.7 V, igual que un diodo ordinario de silicio. En la región de fuga (entre cero y el rompimiento) exhibe solamente una pequeña corriente inversa. En un diodo zener, el rompimiento tiene una rodilla muy pronunciada, seguida de un aumento casi vertical en la corriente. En las hojas de datos usualmente se indica el valor de (vz) para un valor particular de la corriente (IET). No permita que lo confunda el signo menos. Los signos menos tienen que incluirse en las gráficas por que en ellas se muestran al mismo tiempo los valores para polarización directa e inversa. Pero no es necesario emplear signos menos en otros contextos si su significado es claro sin ellos. Por ejemplo, es preferible decir que un diodo zener tiene un voltaje de rompimiento de –10V. Un diodo zener tiene que estar polarizado inversamente. 2.12 DISPOSITIVOS OPTOELECTRONICOS La opto electrónica es la tecnología que combina la electrónica con la óptica. Este emocionante campo incluye muchos dispositivos basados en la acción de una unión (pn. Ejemplos de dispositivos opto electrónicos son los diodos emisores de luz (led), y los foto diodos. 2.12.1 DIODOS EMISOR DE LUZ También se simboliza como a los diodos convencionales, excepto que estos llevan unas flechas que salen y simbolizan la luz que irradia. En un led con polarización directa, los electrones libres atraviesan la unión y caen en los huecos. Como caen de niveles energéticos altos a niveles energéticos bajos, radian luz. En los diodos ordinarios, esta energía se disipa en forma de calor.



III

TRANSISTORES BIOLARES DE UNIÓN (BJT)


Utilizar los BJT´s en circuitos de aplicaciones especifica.


Aplicar la teoría de los BJT´s por medio del armado de circuitos.

3.1 INTRODUCCIÓN La señal de radio o televisión es tan débil que no sirve para excitar un altavoz o un tubo de televisión. Por eso la señal debe amplificar hasta que tenga la potencia suficiente para ser útil. La señal de radio o televisión recibida por una antena es tan débil que no sirve para excitar un altavoz o un tubo de televisión. Por esto la señal se debe amplificar hasta que tenga la potencia suficiente necesaria para ser útil. Antes de l951, el tubo de vacío era el elemento principal empleado para amplificar señales débiles. A pesar de que amplificaba muy bien, el tubo de vacío tiene varias desventajas. En primer lugar posee un filamento interno que consume 1 W o más de potencia. En segundo lugar, su vida unos cuantos miles de horas, ya que el filamento se quema al cabo del tiempo. En tercer lugar, ocupa demasiado espacio. En cuarto lugar disipa calor que eleva la temperatura interna del cuerpo electrónico. En 1951, shockley invento el primer transistor de unión, un dispositivo semiconductor capaz de amplificar señales de radio y televisión. Las ventajas del transistor superan las desventajas del tubo del vació. En primer lugar, no tiene filamento calefactor; por lo tanto, consume un apotencia mucho menor. En segundo lugar, como un transistor es un dispositivo semiconductor, puede durar indefinidamente. En tercer lugar, como es tan pequeño, ocupa mucho menos calor, el equipo electrónico puede funcionar a temperaturas más bajas. Gracias al transistor se han logrado muchos otros inventos, incluyendo al circuito integrado (CI), pequeño dispositivo que contiene miles de transistores. Las computadoras modernas y otros milagros de la electrónica con posibles gracias al CI.



3.2 CONSTRUCCIÓN DEL TRANSISTOR El transistor es un dispositivo semiconductor de tres capas, compuesto ya sea de dos capas de material tipo N y una tipo P y una de tipo N. El primero se denomina transistor NPN, en tanto que el último recibe el nombre de transistor PNP. La abreviatura BJT (Bipolar Junction Transistor = Transistor de Unión Bipolar) se aplica a menudo a este dispositivo de tres terminales. El término bipolar refleja el hecho de que los electrones y los huecos participan en el proceso de inyección en el material polarizado opuestamente. Si solo uno de los portadores se emplea (electrón hueco), se considera que el dispositivo es unipolar. 3.2.1 Diodos del emisor y el colector El transistor de la figura (3.1.) tiene dos uniones: una entre el emisor y al base y otra entre la base y el colector. Por esto, un transistor es similar a dos diodos. El emisor y la base forman uno de los diodos, mientras que el colector y la base forman el otro.

Fig. 3.1 estructura del transistor Fig. 3.2 Zonas de deplexión



3.3 OPERACIÓN DEL TRANSISTOR 3.3.1 Electrones del emisor En la figura (3.3) se ve un transistor con polarización. El signo menos representa electrones libres. Los iones no se muestran pero están presentes en cada región. En la figura (3.3) el emisor esta fuertemente impurificado: su función consiste en emitir o inyectar electrones libres a la base. Esta es muy delgada y tiene una impurificación muy ligera; deja de pasar hacia el colector la mayor parte de electrones inyectados por el emisor. El nivel de purificación del colector es un valor intermedio entre al fuerte impurificación del emisor y la ligera impurificación del emisor y la ligera impurificación de la base. El colector se llama así porque colecta o recoge electrones provenientes de la base. La fuente de la izquierda en la figura (3.3) polariza directamente al diodo emisor, y la fuente de la derecha polariza inversamente al diodo colector.

Fig. 3.3 Transistor polarizado 3.3.2 Electrones de la base

Si VBB es mayor que la barrera de potencial, los electrones del emisor entraran a la región de la base como se ve en la figura. Estos electrones libres pueden circular en cualquiera de dos direcciones. Por una parte, circulan hacia la izquierda saliendo por la base y pasando a través de RB hacia la terminal positiva de la fuente. Por otra, los electrones libres pueden circular hacia el colector.

¿Cuál es la trayectoria que sigue la mayor parte de electrones libres? La mayor parte de ellos seguirá el camino hacia el colector ¿por qué? Por dos razones; la primera es la poca impurificación de la base. Debido a esto, los electrones tienen un largo tiempo de vida de región de la base eso les da el tiempo necesario para



llegar al colector. La segunda razón es que la base es muy angosta. Esto les da mayores posibilidades de llegar al colector. Dicho en otras palabras, para fluir fuera de la base hacia el resistor externo, los electrones libres deben primero recombinarse con los huecos de la base. Luego, ya como electrones de valencia, pueden fluir hacia la izquierda hasta salir de la base y entrar al conductor externo de conexión. Como la purificación de la base es pequeña, y además la base es angosta, muy pocos electrones pueden recombinarse y escapar por la conexión externa.

Fig. 3.4 Electrones que entran en la base

3.3.3 Electrones del colector

Casi todos los electrones van hacia el colector (vea la figura siguiente) estando ya en el colector, sienten la atracción del voltaje VCC. A consecuencia de esto, circulan a través del colector y a través de RC hasta que alcanzan la terminal positiva de la tensión de la fuente del colector.

VBB polariza directamente al diodo emisor, forzando los electrones del emisor entrar a la base. Delgada y apenas impurificada base les da casi a todos ellos el tiempo suficiente para difundirse en el colector. Estos electrones circulan al colector a través de RC y hacia la terminal positiva de la frente del voltaje VCC. En la mayor parte de los transistores, más del 95% de los electrones del emisor fluyen hacia el colector; menos del 5% fluyen hacia la conexión externa de la base.



Fig.3.5 Electrones que entran al colector

3.3.4 Corriente en un transistor

La figura 3.6 contiene un símbolo de un transistor (a) flujo convencional (b) flujo de electrones. En la figura hay tres corrientes distintas en el transistor. La corriente del emisor IE, la corriente de la base IB y la corriente del colector IC. Como el emisor es la fuente de electrones, su corriente es la mayor de las tres. Casi todos los electrones del emisor circulan hacia el colector; por lo tanto, la corriente de este es aproximadamente igual a la corriente del emisor. La corriente de la base es muy pequeña comparando con las otras dos.

Fig. 3.6 Símbolo del transistor



Recuerde las leyes de las corrientes de Kirchhoff. Estas establecen que la

suma de todas las corrientes que entran a un nodo o unión es igual a la suma de todas las corrientes que salen. Al aplicar a un transistor, la ley de Kirchhoff proporciona esta importante relación entre las tres corrientes del transistor.

IE = IC + IB

Como la corriente de la base mucha menor que la corriente del colector, la ecuación sugiere de inmediato esta idea: en muy buena aproximación, la corriente del colector es igual a la corriente del emisor.

Una de las cosas que hacen que el transistor sea útil es que la corriente del colector es mucho mayor que la corriente de la base. De hecho, la ganancia de corriente βCC de un transistor se define como la corriente del colector dividida entre la corriente de la base.

βCC = IC / IB La ecuación de la ganancia se puede reordenar en dos formas

equivalentes. La primera cuando se conocen los valores de βCC e IB, permite calcular la corriente del colector mediante la siguiente ecuación:

IC = βCC * IB

La segunda, cuando se conocen los valores de la IC y βCC se puede calcular la IB con:

IB = IC / βCC

Las tres ecuaciones son importantes en el análisis y el diseño de circuitos con transistores. Ejemplo. Un transistor tiene una corriente de colector de 10 mA y una corriente de base de 40 mA ¿Cuál es la ganancia de corriente del transistor? Solución:

βCC = IC / IB = 10 mA / 40 mA= 0.25 mA



3.4 TRES REGIONES DE OPERACIÓN La curva de la figura 3.7 exhibe tres regiones o áreas, en cada una de las cuales la operación de los transistores es diferente.

Fig.3.7 Familia de las curvas de salida

Primero se tiene la región central, en la que el valor de VCE puede entrar entre 1-40V aproximadamente. Esta es la región más importante ya que representa la operación normal de un transistor. En ella el diodo emisor esta polarizado directamente y el diodo colector tiene polarización inversa. Además el colector se encuentra juntando o reuniendo casi todos los electrones que el emisor ha enviado a la base por esto los cambios en el voltaje del colector no tienen efecto sobre la corriente del colector. A esta región se le da el nombre de región activa prácticamente esta región es la parte horizontal de la curva.

Otra de las regiones de operación es la región de rompimiento. El transistor nunca debe operar en ella, ya que en tal caso seria alternante probable su destrucción o bien su degradación. Un transistor no esta diseñado para operar en la región de rompimiento.

Finalmente, en la parte ascendente de la curva donde VCE esta entre cero y aproximadamente 1V está mostrada por una inclinación en de la curva, esta es la región de saturación. En esta región el diodo del colector no esta polarizado inversamente.

En resumen la curva tiene una región de saturación, una región activa y una región de rompimiento. Un transistor puede operar sin peligro de saturación o en la región activa pero no en la región rompimiento. En aplicaciones en las que el



transistor amplifica señales débiles de radio y televisión siempre estará pasando la región activa. 3.4.1 Configuración de base común

La terminología relativa o base común se desprende del hecho de que la base es común a los dos lados de entrada y salida de la configuración.

En la región activa la unión colector- base esta inversamente polarizada mientras que la unión base-emisor se encuentra polarizada en forma directa en la región de corte se define como aquella región donde la corriente de colector es de cero en la región de corte ambas uniones, colector-base y base-emisor, de un transistor están inversamente polarizadas.

En la región de saturación las uniones colector-base y base-emisor están polarizadas inversamente. 3.4.2 Configuración de colector común

La configuración de colector común se emplea fundamentalmente para propósitos de acoplamiento de impedancia, ya que tiene una elevación de impedancia de entrada y una baja impedancia de salida. Que es lo opuesto a la configuración de base común y de emisor común. 3.4.3 Circuitos de base común

Como se mencionó anteriormente, la base común funciona con la señal de entrada y la de salida en un circuito de base común. Al circuito de base común también se le conoce como circuito de base a tierra. Este tipo de circuitos proporciona altas ganancias de voltaje, pero su ganancia de corriente es inferior a uno.

Por lo anterior, los transistores son amplificadores ideales, porque cuando se aplica una señal de CA a las terminales de entrada de un transistor, en las terminales de salida aparece una reproducción amplificada de la misma señal. Aunque hay muchas maneras posibles de conectar las señales de entrada, solo hay tres configuraciones útiles de circuitos de transistores para la amplificación de corriente o potencia de base común, ó de emisor común y de colector común. Así, el circuito de base común (ó base a tierra) la señal entra al circuito emisor-base y sale del circuito de colector-base.

En consecuencia, el elemento de la base del transistor es común tanto al circuito de entrada como al circuito de salida debido a que el circuito de entrada ó emisor-base del transistor tiene baja impedancia (del orden de 1 a 100Ω) y que la salida del transistor, ó sea el circuito del colector base tiene una alta impedancia del orden 1000 a 1M Ω la ganancia de voltaje o potencia para la configuración de base común puede ser hasta de 1000.



En los transistores reales, más o menos entre 97 y 99.5% la corriente del emisor llega al colector. Por lo tanto las ganancias de corriente de una configuración de base común siempre es menor de 1 ó sea la unidad. 3.4.4 Relación entre βcc y άCC Como se vio en la lección anterior βcc es la ganancia dada por la relación IC / IB. Sin embargo existe otra relación entre IC e IE dada por βCC siendo esta una ganancia también pero entre el colector y el emisor, dada por:

άCC = IC / IE

Mediante un sencillo cálculo matemático se obtiene la relación entre βcc y άCC dada por:

βcc = άCC / (1 - άCC)

Ejemplo: Determine la βcc y la άCC si el transistor tienen una corriente de base de 50 mA y una corriente en el colector de 3.65 mA Solución

βcc = IC / IB = 3.65mA / 50 ųA = 73 άCC = βcc / (βcc +1) = 73 / 74 = 0.986

3.4.5 Análisis de la corriente

A continuación se indica como calcular la corriente de la base. Suponga el voltaje en la resistencia de base es igual a la diferencia entre la fuente de voltaje VBB y la tensión de base a emisor VBE hay una resistencia RB. Aplicando la ley de Ohm a la resistencia de base para hallar la corriente de la base queda:

IB = (VBB – VBE) / RB

Por otro lado los voltajes con un solo subíndice (VC, VE, VB) se refieren al

voltaje de una de las terminales del transistor con respecto a tierra. Los subíndices dobles (VBE, VCE, VCB) se refieren a voltaje entre dos terminales del transistor. Un voltaje con subíndices dobles se pueden calcular restando los correspondientes voltajes con un solo subíndice:

VCE =VC - VE VCB =VC – VB VBE = VB – VE



Ejemplo: Sea VBB = a 10 V y RB = 100 KΩ. ¿Cuál es el valor de la corriente de base?

A menos que se diga otra cosa, el lector siempre puede suponer que se trata de un transistor de silicio y emplear la segunda aproximación, esto significa que el valor de 0.7 volts para VBE estará bien. Así como el resistor de la base tiene un voltaje de diodo de 10 V en su extremo izquierdo y 0.7 V en su extremo derecho, se tiene que entre sus extremos hay un voltaje de 9.3 V y esto da una corriente base de 93 mA.



IV

TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO (FET)


Utilizar los FET´s en circuitos de aplicaciones especifica.


Aplicar la teoría de los FET´s por medio del armado de circuitos.

4.1 INTRODUCCIÓN El transistor bipolar es la espina dorsal de la electrónica lineal. Su funcionamiento de basa en dos tipos de cargas, electrones y huecos por esta causa se denomina bipolar, el prefijo bi significa dos. Para muchas aplicaciones lineales el transistor bipolar es la mejor selección. Pero hay otras muchas aplicaciones donde el transistor unipolar es el más adecuado. El funcionamiento de un transistor unipolar depende de un solo tipo de cargas que puede ser de electrones o de huecos. A este hechos se debe su nombre Uni significa uno. El transistor de efecto de campo (FET) es un ejemplo de un transistor unipolar en esta unidad se estudian los tres tipos de transistores de efecto de campo básicos, su estructura y su forma de trabajar. En la siguiente unidad se estudiaran los transistores de JFET (Transistor de Efecto de campo de Unión) el MOSFET de empobrecimiento y el MOSFET de enriquecimiento. Los principales usos de un JFET son como seguidor de fuente de forma similar al seguidor de emisor y como interruptor analógico (un circuito que transmite o bloquea señales alternas). El MOSFET de empobrecimiento se usó inicialmente como interruptor digital, elemento calve en los circuitos de las computadoras. 4.2 JFET DE COMPUERTA ÚNICA Debido a que las dos compuertas están siempre conectadas al mismo potencial, el dispositivo actúa como si tuviera una sola compuerta, la compuerta JFET es análoga a la base del transistor bipolar. En la figura 4-1(c), la compuerta es una región p, mientras que la fuente y el dren son regiones n. Por esto, un JFET es similar a dos diodos. La compuerta y la fuente forman uno de los dos diodos y la compuerta y el dren constituyen el otro. Como los JFET son dispositivos de silicio solo se requiere de 0.7 V de polarización directa para tener una corriente significante en cualquiera de los dos diodos. Estos dos diodos conducen en igual forma que un diodo de silicio.



Fig. 4.1 (a) Sección de un JFET (b) JFET de doble puerta (c) JFET de puerta única Obsérvese la semejanza que hay entre un JFET y el transistor bipolar: ambos dispositivos tienen tres terminales de conexión externas, ambos tienen dos diodos internos con una barrera de potencial de 0.7 V y ambos tienen tres regiones de interés.

ANALOGÍA

Bipolar JFET Emisor Fuente

Base Compuerta Colector Dren



Debido a estas regiones similares, muchas de las ecuaciones del JFET son las ecuaciones del bipolar disfrazadas: Bipolar JFET E → S (Source) Fuente B → G (gate) Compuerta C → D (Drain) Drenaje

Por ejemplo, en lugar de una corriente de emisor de CD IE, un JFET tiene una corriente de CD IS. En lugar de una corriente de CD IB, o una corriente de compuerta de CD Ib. En lugar de una corriente de colector de CD IC, tiene una corriente de dren de CD ID. Las semejanzas anteriores pueden conducir a pensar que se puede sustituir un JFET directamente en un circuito con transistores bipolares ¡No es así! 4.3 POLARIZACIÓN DEL FET La figura 4.2 a presenta la forma normal de polarizar un JFET mire cuidadosamente y nótese que esta es diferente de la manera en que polarizamos un transistor bipolar.

a) Polarización normal del JFET b) Capas de empobrecimiento

Fig.4.2 Polarización normal del JFET 4.4 CORRIENTE DE COMPUERTA La gran diferencia de ésta: en un transistor bipolar polarizamos en directa el diodo base-emisor, pero, pero en un JFET siempre polarizamos en inversa el diodo de compuerta-fuente. Debido a la polarización inversa sólo una muy pequeña corriente de inversa puede existir en la terminal de conexión de la compuerta como una aproximación, la corriente de compuerta es cero, simbólicamente,

Ib = 0

Ib = 0



Si un dispositivo no tiene corriente de entrada, ¿Qué indica acerca de su resistencia? Cabe señalar que el dispositivo tiene una resistencia de entrada infinita. Por ejemplo; si VGS = 2V, IG = 0, la resistencia de entrada es

RG = 2V/0 = ∞ La situación real es que IG no es enteramente cero, así que la resistencia

de entrada no es la del todo infinita. Pero si muy cercana. Un JFET característico tiene una resistencia de entrada de cientos de mega ohms. Está es la gran ventaja que tiene un JFET sobre un transistor bipolar. Y es la razón de que los JFET son excelentes en aplicaciones donde se requiere una gran impedancia de entrada. Una de las aplicaciones más importantes del JFET es la fuente seguidora. 4.5 EFECTO DE CAMPO El término efecto de campo se relaciona con las capas de empobrecimiento alrededor de cada región P como se observa en la figura 4-2 (b.) Las uniones entre cada región P y las regiones n tienen capas de empobrecimiento debido a que los electrones libres se difunden desde las regiones n dentro de las regiones P. Entonces la recombinación de los electrones libres y huecos crea las capas de empobrecimiento Mostradas por las áreas sombreadas de la figura 4-2 (b.) Nótese el área entre las dos capas de empobrecimiento, cuando los electrones fluyen desde la fuente hacia el dren, deben pasar a través del canal estrecho entre las dos capas de empobrecimiento cuánto más el negativo es el voltaje de compuerta, mas estrecho será el canal. En otras palabras, el voltaje de compuerta puede controlar la corriente a través del canal. Cuánto mas negativo es el voltaje de compuerta, más pequeña será la corriente entre la fuente y el dren. Como la compuerta de un JFET está polarizada en inversa en vez de estar polarizado en directa, el JFET actúa como un dispositivo controlado por voltaje en lugar de ser un dispositivo controlado por corriente.

En un JFET, la cantidad de entrada que controla es el voltaje compuerta a fuente VGS, los cambios en VGS determinan cuanta corriente puede circular desde la fuente a dren.

Esto es completamente diferente del transistor bipolar donde la cantidad de entrada es la corriente de base IB. El voltaje de control va de la mano con una alta impedancia de entrada, mientras que la corriente de control implica una impedancia de entrada menor. En la figura 4-2 (a) el voltaje de voltaje de dren es positivo y el voltaje de alimentación de la compuerta es negativo. Por eso, el voltaje entre la compuerta y el dren es negativo. En consecuencia el diodo compuerta-dren está polarizado en inversa. Como se ve, ambos diodos en un JFET están polarizados en inversa durante el funcionamiento normal.



4.6 FUNCIONAMIENTO En el instante en que el voltaje de alimentación del dren se aplica al circuito, los electrones libres empiezan a circular desde la fuente hacia el dren. Estos electrones libres tienen que pasar a través del canal estrecho entre las capas de empobrecimiento. El voltaje de compuerta controla el ancho de este canal cuanto mas negativo sea el voltaje de compuerta, mas estrecho será el canal y mas pequeña será la corriente de dren. Casi todos los electrones libres que pasan a través del canal fluyen al dren. Por esto,

ID = IS Ésta es una aproximación sumamente exacta. El único error es la extremadamente pequeña corriente inversa de la compuerta. Pero hablamos acerca de mas del 99.99% de los electrones libres que van desde la fuente al dren. Por esta razón, todos consideramos a la corriente del dren igual a la corriente de la fuente.

En otras palabras, Un JFET es menos sensible a cambios en el voltaje de entrada que un transistor bipolar. En casi cualquier JFET un cambio en VG = 5 de 0.1 V produce una variación en la corriente de dren menor que 10 mA. Pero un transistor bipolar el mismo cambia en VBE produce una variación en la corriente de salida mucho mayor que 10 mA. Eso significa que un amplificador JFET tiene mucha menor ganancia de voltaje que un amplificador bipolar. Por esta razón la primera regla de diseño que gobierna los dos dispositivos es esta, utilice bipolares para ganancia de voltaje alta y emplee JFET para alta impedancia de entrada. Frecuentemente, un diseñador combina un JFET con un transistor bipolar para obtener lo mejor de ambos, por ejemplo, la primera etapa puede ser una fuente seguidora JFET y la segunda etapa puede ser un amplificador bipolar Ec. Esto proporciona un amplificador multietapa, una impedancia de entrada alta y una ganancia de voltaje grande. 4.7 SÍMBOLO ESQUEMATICO El JFET que hemos estudiado se llama JFET de canal n debido a que el canal entre las capas de empobrecimiento está hecho de semiconductor tipo n. La figura 4-4 a muestra el símbolo esquemático de un JFET de canal n. Para ayudar a memorizarlo, Visualice la delgada línea vertical ver Figura 4-3 (b) como el canal n; la fuente y el dren se conectan a esta línea. Como la compuerta es una región P y el canal es una región n, la compuerta tipo P apunta hacia el canal n.



Fig.4.3 Símbolo esquemático del FET de canal n En muchas aplicaciones de baja frecuencia, la fuente y el dren están intercambiados debido a que se puede usar cualquier terminal como la fuente y la otra terminal como el dren. Por esta razón, el símbolo del JFET de la figura 4-3 a esta dibujado simétricamente con la flecha apuntando al centro del dispositivo. Cuando utilice el símbolo simétrico del JFET, se puede etiquetar las terminales o emplear abreviaturas. La fuente y el dren de la mayoría de los JFET se puede utilizar como la fuente para bajas frecuencias, esto no se cumple a altas frecuencias, casi siempre, es fabricante minimiza la capacitancia interna en el lado del dren del JFET, la capacitancia entre la compuerta y el dren as mas pequeña que la capacitancia entre la compuerta y la fuente. Estas capacitancias internas degradan el comportamiento de un circuito con JFET a altas frecuencias. Por esta razón, se prefieren unas terminales de fuente y dren especificas. La hoja de datos indica exactamente las terminales correspondientes. Un JFET de canal P. Consiste de un material tipo P con islas difundidas en el material tipo A. El símbolo esquemático de un JFET de canal P es similar al del JFET de canal n, excepto que la flecha de la compuerta apunta desde el canal hacia la compuerta. La acción de un JFET de canal P es complementaria lo que significa que todos los voltajes y corrientes están invertidos. 4.8 CURVAS DEL DREN En la figura 4.4 (a) Se observa un JFET con polarización normales.

En este circuito simple, el voltaje de compuerta-fuente VGS es igual al voltaje de alimentación de la compuerta VGG y el voltaje del dren-fuente VDS es igual al voltaje de alimentación del dren VDD. Inciso a.



Fig.4.4 polarización de JFET 4.9 CORRIENTE DE DREN MÁXIMA La corriente de dren máxima que sale de un JFET ocurre cuando el voltaje de compuerta-fuente es cero como se observa en la figura 4.5 (b) se puede ver que la fuente de alimentación de la compuerta está reemplazada por un corto circuito, lo que garantiza que

VDS = 0

Finalmente el inciso c presenta la gráfica correspondiente a la corriente dren ID contra el voltaje de dren-fuente VDS. Nótese la similitud con la corriente del colector. La corriente del dren se incrementa rápidamente al principio, luego se nivela y se hace casi horizontal. En región entre Vp y VDS (máx.), la corriente de dren es casi constante. Si el voltaje de dren es demasiado alto, el JFET entra en la región de ruptura tal como se muestra.

Semejante a un transistor bipolar, un JFET actúa como una fuente de corriente cuando está operando a lo largo de la sección casi horizontal de la curva de dren. Está parte casi horizontal de la curva de dren se localiza entre el voltaje mínimo Vp y el voltaje máximo VDS (máx.). El voltaje mínimo Vp se denomina voltaje de estancamiento y el voltaje máximo VDS (máx.) se llama voltaje de rompimiento. Entre el estancamiento y el rompimiento, el JFET actúa aproximadamente como una fuente de corriente con un valor de IDSS.

El voltaje mínimo Vp se denomina voltaje de estancamiento y el voltaje máximo VDS (máx.) se llama voltaje de rompimiento. Entre el estancamiento y el



rompimiento, el JFET actúa aproximadamente como una fuente de corriente con un valor de IDSS.

Por otro lado, IDSS representa la corriente desde el dren hacia la fuente con una compuerta en corto e IDSS es la corriente del dren máxima que un JFET más importantes y es el primero que se debe considerar porque proporciona la limitación de corriente en el JFET. Por ejemplo, el MPF102 tiene una IDSS característica de que indica que la corriente del dren estará entre 0 mA para. Este es diferente de un transistor bipolar el cual no tiene un límite superior aparte del valor con el que se quema. 4.10 CORTE Y ESTRANGULAMIENTO DE LA COMPUERTA

En la figura se muestra un conjunto de curvas de dren para un JFET con una IDSS de 10 mili amperes. La curva superior corresponde a un VGS = 0. El voltaje de rompimiento es de 30v. La siguiente curva inferior es para VGS = -1v, la que sigue para VGS = -2v, y así sucesivamente. Como se puede ver cuanto más negativo sea el voltaje de compuerta-fuente, más pequeña será la corriente de dren. La curva inferior especialmente importante. Nótese que un VGS = -4v reduce la corriente de dren a casi cero.

Fig. 4.5 Características de salida del JFET 4.11 CURVAS DEL DREN

Este voltaje se denomina de corte de compuerta-fuente. En las hojas de datos, se Este voltaje se denomina de corte de compuerta-fuente. En las hojas de datos, se presenta con VGS (off), Así:

VGS(off) = -4v y Vp = 4v

Las magnitudes de estos voltajes son siempre iguales. Vale la pena recordarlo ya que muchas hojas de datos indican un solo valor y no los dos. Se hace esto porque se supone que se sabe que los dos voltajes son iguales en magnitud. Dar el valor de uno es equivalente a dar el valor de otro. Por ejemplo, la hoja de datos de MPF102 proporciona

VGS(off) = -8 V



Para el voltaje de corte de compuerta-dren.

Aunque el valor de estrangulamiento no se da, automáticamente se sabe que:

Vp = 8 V

El recordatorio formal de cómo el voltaje de corte de compuerta-fuente se relaciona con el voltaje de estrangulamiento es:

VGS(off) = - Vp

Que indica que el voltaje de corte de compuerta-fuente es igual al negativo del voltaje de estrangulamiento. 4.12 REGIÓN OHMICA

El voltaje de estrangulamiento es el voltaje donde la curva superior cambia casi vertical a la horizontal. Es un voltaje muy importante ya que separa las dos regiones principales de funcionamiento del JFET. La parte casi vertical de la curva de dren se llama región óhmica y es equivalente a la región de saturación de un transistor bipolar. Cuando un JFET funciona en la región óhmica, actúa como un resistor pequeño con un valor aproximadamente de:

RDS = Vp / IDSS Donde: Vp = voltaje de estrangulamiento IDSS = Corriente de dren máxima EJEMPLO

Una Hoja de datos especifica los siguientes valores del JFET; IDSS = 20 mA Y Vp = 5V. ¿Cuál es la corriente del dren máxima? ¿Cuál es el voltaje de corte de compuerta-fuente? Para cualquier voltaje de compuerta, la corriente de dren tiene que estar en esté intervalo.

0 < IDSS < mA Cuando el voltaje de compuerta es cero, la corriente de dren tiene su valor máximo de

ID = 20 mA

El voltaje de compuerta-fuente tiene la misma magnitud del voltaje de estrangulamiento, pero con signo cambiado. Puesto que el voltaje de estrangulamiento es 5v. Entonces:

VGS(off) = -5v



Así la resistencia de CD del JFET en la región óhmica es:

RDS = 5v / 20mA = 250 Ω 4.13 CURVA DE TRANSCONDUCTANCIA

La curva de transconductancia de un JFET es una grafica de la corriente de dren contra el voltaje de compuerta, o sea ID contra VGS. Al relacionar los valores de ID y VGS se puede dibujar la curva de transconductancia. En general, La curva de transconductancia de cualquier JFET tendrá la misma forma sólo que los números serán diferentes.

La curva de transconductancia de cualquier JFET se basa el funcionamiento del JFET y es la misma para todos los JFET. Sólo que el tamaño de las regiones de impurificación, el nivel de impurezas cambian de un JFET porque tienen una curva de transconductancia que es la gráfica de la siguiente ecuación.

ID =IDSS ((1- VGS)/ VGS (OFF))2

Con la ecuación anterior, se puede calcular la corriente de dren una vez dada la corriente máxima, el voltaje de corte compuerta-fuente y el voltaje de compuerta. Esto es la forma algebraica de encontrar la corriente del dren.

Se puede ver a simple vista que la corriente de dren máxima es 10m A y que el voltaje de corte de compuerta-fuente es de –4v. Entre estos puntos extremos, en una gráfica, es la parte no lineal. De hecho, la forma de la gráfica es parte de una parábola, la curva que existe cuando las cantidades son elevadas al cuadrado. La cantidad que multiplica a IDSS en las ecuaciones entonces es el factor k, que está dado por:

K = (1 – VGS / VGS(off) )2 La ecuación también se puede escribir como:

ID = K IDSS

Si se tiene el valor de K para cualquier circuito, rápidamente se calcula la corriente del dren dada la corriente del dren máxima. A propósito, la ley cuadrada es otro nombre en lugar de parabólica. Por eso los JFET se denominan frecuentemente dispositivos de la ley cuadrada. Y ésta es otra gran diferencia entre un transistor bipolar y un JFET.

Las propiedades de la ley cuadrada de hacen que los JFET aventajan por

mucho los transistores bipolares cuando se usan en mezcladoras, circuitos que utilizan en equipos de comunicaciones.



Ejemplo Suponga que un JFET tiene una IDSS = 7 mA y VGS (off) = -3V. Calcule la corriente de dren para un voltaje de compuerta-fuente de –1V. K = (1- VGS / VGS (off))2 K = ((1- (-1)) /3)2 = (0.667)2 K = 0.445 ID = 0,445 (7 mA) = 3.11 mA 4.14 JFET IDEAL

A continuación, se estudiarán dos aproximaciones de CD. Para cualquier JFET. Ambos se deducen en la forma siguiente: Si un fabricante pudiera producir un JFET ideal, esto es lo que sucedería a las curvas de la figura. Primero, no había región de rompimiento. Segundo, todas las curvas de dren se sobrepondrían en la región óhmica. Tercero, todas las curvas de dren serían horizontales en la región donde el comportamiento es el de una fuente de corriente, Así se observan las curvas de dren de un JFET ideal y una línea característica de carga de CD. El JFET ideal tiene dos regiones principales de funcionamiento: la región óhmica

Fig. 4.6 Observe las curvas del dren de un JFET ideal y una línea característica de carga de CD. El JFET ideal tiene dos regiones principales de funcionamiento: la región óhmica (saturación) y la región de fuente de corriente (activa). La región óhmica del JFET es sumamente deseable ya que se puede utilizar en todos los tipos de aplicaciones de comunicación analógica. Por esto que se ha incluido la parte casi vertical de las curvas de dren. Cuando se quiera que un JFET actúe como un resistor, se debe asegurar de que el JFET este saturado, que su punto de operación esté en la parte casi vertical de las puntas del dren.



Pero cuando es necesario que un JFET actúe como un resistor, se tiene que asegurar que el JFET esté saturado que su punto de operación esté en la parte casi vertical de las curvas de dren. Pero cuando se desee que el JFET actúe como una fuente de corriente se tiene que asegurar que el punto de operación este en la parte horizontal del punto de dren. Puesto que hay dos regiones principales de funcionamiento, se necesitan dos modelos o circuitos equivalentes para describir el funcionamiento de CD Primero, aproximamos un JFET por el modelo de CD – inciso a. 4.15 LÍNEA DE CARGA Como se puede ver, el lado de la entrada del JFET tiene una resistencia de entrada de CD RGS Si es necesario podemos calcular su valor al tomar la razón de los valores de VGS e IGS que se dan en la hoja de datos. Sin embargo la mayoría de las veces, se puede ignorar ya que tiende al infinito. Recuerde que el lado de la salida, el JFET actúa como una fuente de corriente de valor K IDSS. Este es el modelo de CD que se puede usar cuando el JFET funciona en la región activa. Recuerde que el voltaje de estrangulamiento es aquí la guía. Cuando VDS es mayor que Vp, el JFET actuará, como una fuente de corriente para cualquier voltaje de compuerta. Dado IDSS e VGS(off) es posible calcular el valor de K para cualquier voltaje de entrada VGS. En un segmento del JFET del modelo óhmico, ya no es válido cuando el JFET funciona en la parte casi vertical de las curvas de dren. Ahí, el JFET ya no se comporta como una fuente de corriente de lado de salida. Antes el dren actuaba como una resistencia de valor RDS. Se puede calcular el valor de RDS mediante la razón de Vp e IDS. 4.16 CIRCUITOS CON JFET A continuación se verán algunos ejemplos de análisis del JFET. Primero es necesario establecer las ecuaciones que se necesitan. Para empezar, debemos se tienen IDSS y VSG(off). Estas cantidades contribuyen la base. Sin ellas, no se tiene suficiente información para analizar el circuito. Dependiendo del avance del análisis, se necesitan algunas o todas las fórmulas que siguen:

VP = - VGS(off) RDS = Vp / IDSS

K = (1 – (VGS / VGS(off)))2 ID = K IDSS VP = ID RDS



Ejemplo ¿Cuál es el voltaje de dren-fuente cuando VGS nulo? Considere una RD = 360 Ω y VCC = 10V. Suponga que el JFET actúa como una fuente de corriente. Como el voltaje de compuerta es nulo, la corriente de dren está en su valor máximo de 10mA. En consecuencia, el voltaje de dren-fuente es

VDS = 10V – ((10mA)(360Ω)) VDS = 6.4

Puesto que VGS(off) = -4V, el voltaje de estancamiento de PV es 4V. Debido a que

DSV es mayor que 4V, la suposición acerca a la fuente de corriente es correcta. El calculo de DSV es idéntico al cálculo de CEV en un transistor bipolar excepto que combinan los subíndices. Así es como se ven los cálculos en una fórmula del JFET.

VDS = VDD – ID RD La fórmula bipolar correspondiente es

VCE = VCC – IC RC Siguiendo con los datos del ejemplo anterior, el resistor se cambia por uno de 3.6 KΩ. Ahora ¿Cuál es el voltaje de dren-voltaje? Supóngase que el JFET actúa como una fuente de corriente. Como el voltaje de compuerta es nulo la corriente de dren tiene su valor máximo de 10 mA en consecuencia; el voltaje de dren-fuente es

VDS = 10V – ((10mA) (3.6 KΩ)) VDS = - 26V ¡Imposible!

El voltaje de dren no puede ser negativo, por ende se tiene un resultado absurdo, lo cual significa que el JFET no puede estar funcionando en la región de fuente de corriente. Por lo tanto, debe estarlo en la región óhmica. Así, pues, a continuación se debe hacer lo siguiente. Puesto que al JFET está funcionando en la región óhmica, es necesario calcular el valor de DSR , que es igual al voltaje de estrangulamiento dividido entre la corriente de dren máxima.

VGS(off) = Vp = -4V,

Rohmica = 4V / 10 mA Rohmica = 400 Ω



Y después se resuelve usando la ley de ohm: Por división de voltaje

VDS = (Rohmica / (RD + Rohmica)) VCC VDS = (400Ω + (3.6KΩ + 400Ω)) 10V VDS = 1V Ahora bien ¿Cual es el voltaje de dren-fuente en el ejemplo anterior para VGS = -2.2V? Como GSV ha cambiado de 0 a -2.2 v, hay menos corriente de dren, es posible que el JFET no funcione ya más en la región óhmica. Entonces se resuelve de la siguiente manera. Suponga que el JFET esta funcionando como una fuente de corriente. Primero, se obtiene el factor K y la corriente de dren como sigue:

K = (1 – (2.2V / 4V))2 K = 0.203

Segundo: ID = K IDSS

ID = 0.203 (10mA) ID = 2.03 mA

Tercero, el voltaje de dren-fuente es:

VDS = VDD – ID RD

VDS = 10V – ((2.03mA) (3.6KΩ)) VDS = 2.69V

Cuarto, el voltaje de estrangulamiento proporcional:

V’p = ID RDS V´p = (2.03mA)(400Ω)

V´p = 0.812V

Este voltaje separa la región óhmica y la región activa cuando GSV = -2.2v. Como un DSV de 2.69v es mayor que un V´p de 0.812v, el JFET esta funcionando como una fuente de corriente. Esta concuerda con la suposición original. En consecuencia, la respuesta final es: VDS = 2.69V.



4.17 ESTRANGULAMIENTO PROPORCIONAL El voltaje de estrangulamiento separa la región óhmica de la región activa cuando GSV no es igual a cero, podemos el voltaje de estrangulamiento proporcional como nuestra guía. Su símbolo es Vp este voltaje es la frontera entre la región óhmica y la región de fuente de corriente para cualquier valor de

GSV . Esta cantidad esta dada por: V’p = ID RDS

La forma de emplear esta ecuación es la siguiente. Primero, se calcula DSR al dividir Vp entre .DSSI A continuación multiplicamos DSR por la corriente de dren que circula para encontrar el valor de V’p. Este valor es la frontera entre las dos regiones de funcionamiento. 4.18 TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO CON COMPUERTA AISLADA.

Este tipo de transistor (IGFET) (el que a menudo se menciona como transistor de efecto de campo de semiconductor metal-oxido o MOSFET), este busca aumentar el valor de la impedancia de entrada de un amplificador. Los IGJFET, opera ya en el modo de incremento o de agotamiento (disminución), en ciertos casos, en una combinación de ambos. 4.19 MOSFET EN MODO EMPOBRECIMIENTO

El FET de semiconductor de metal-oxido, o MOSFET, tiene una fuente, una compuesta y un dren. Sin embargo, a diferencia de JFET la compuerta esta aislada eléctricamente del canal. Por esto, la corriente de compuerta es extremadamente pequeña, sin importar que la compuerta sea positiva o negativa. El MOSFET frecuentemente se llama IGFET, que quiere decir FET de compuerta aislada (en inglés insulated -gate FET). MOSFET en modo empobrecimiento, dispositivo muy semejante al JFET. El MOSFET en modo de enriquecimiento es diferente al JFET

En la figura se observa un MOSFET en modo empobrecimiento de canal n con una región p. Consiste de un material n con una región p a la derecha y una compuerta aislada a la izquierda. Los electrones libres pueden circular desde la fuente hacia el dren a través del material n la región p se denomina sustrato (o cuerpo). Los electrones que circulan desde la fuente hacia el dren deben pasar a través del estrecho canal entre la compuerta y la región p.

Una capa delgada de dióxido de silicio (SiO2) se deposita en el lado izquierdo del canal. El dióxido de silicio es semejante al vidrio, y por lo tanto es un aislante.



En un MOSFET, la compuerta es metálica, Debido a que la compuerta está aislada del canal, una corriente de compuerta despreciable circula aun cuando el voltaje de compuerta es positivo. En otras palabras, el diodo de compuerta-fuente y el diodo de compuerta-dren en el JFET se han eliminado en el MOSFET.

En la figura se ve en un MOSFET en modo de empobrecimiento con una compuerta negativa. La alimentación DDV fuerza a los electrones libres a circular desde la fuente hacia el dren. Estos electrones circulan por el canal estrecho a la izquierda del sustrato P, como sucede con el JFET, el voltaje de compuerta controla el ancho del canal. Cuanto más negativo sea el voltaje de compuerta, más pequeña será la corriente de dren.

a) Voltaje de compuerta negativo b) voltaje de compuerta positivo.

Fig. 4.7 MOSFET en modo de empobrecimiento con compuerta negativa Cuando el voltaje de compuerta es lo suficientemente negativo, la corriente de dren se interrumpe. En consecuencia, el funcionamiento de un MOSFET es similar al de JFET cuando VGS es negativo. Ya que la compuerta de un MOSFET está aislada eléctricamente del canal, se puede aplicar un voltaje positivo de compuerta, incrementa el número de electrones libres que circulan a través del canal, cuando más positivo sea el voltaje de compuerta, mayor será la conducción desde la fuente hacia el dren. La capacidad de utilizar un voltaje de compuerta positivo es lo que distingue el MOSFET en modo de empobrecimiento del JFET. 4.20 GRAFICAS

La gráfica muestra las curvas de dren característica de un MOSFET de canal n. Nótese que las curvas superiores tienen un MOSFET de canal n. Las curvas superiores tienen un VGS positivo y las inferiores es para VGS = VGS(OFF). A lo largo de esta curva de corte, la corriente de dren es aproximadamente cero. Cuando VGS está entre VGS(OFF) y cero, tenemos un funcionamiento en modo empobrecimiento. Y VGS mayor que cero proporciona un funcionamiento de modo enriquecimiento. Estas curvas de dren presentan nuevamente una región óhmica, una región de fuente de corriente y una región de corte. A igual que en el JFET, el



MOSFET en modo empobrecimiento tiene dos aplicaciones: una fuente de corriente o una resistencia.

Fig. 4.8 Curvas de dren, característica de un MOSFET 4.21 SÍMBOLO ESQUEMATICO

En la figura se muestran varias formas de simbolizar al MOSFET, tanto en modo de empobrecimiento como de enriquecimiento.

Por ejemplo para el modo de empobrecimiento, la derecha de la compuerta está en la línea vertical delgada que presenta el canal. La terminal de conexión del dren sale de la parte superior del canal y la terminal de conexión de la fuente está en la parte inferior. La flecha en el sustrato P apunta hacia el material n. En algunas aplicaciones, se puede aplicar un voltaje al sustrato para obtener un control adicional de la corriente de dren. Por esta razón algunos MOSFET en modo de empobrecimiento tienen cuatro terminales de conexión externas. Pero la mayoría de las aplicaciones, el sustrato está conectado a la fuente. Por lo general el fabricante conecta internamente el sustrato a la fuente.

También hay un MOSFET en modo de empobrecimiento de canal P. Consiste de material P con una región n a la derecha y una compuerta aislada a la izquierda. El símbolo esquemático del MOSFET de canal P es similar al MOSFET de canal n, excepto que la flecha apunta hacia fuera.

Estos símbolos se pueden representar con o sin círculo.

Tipo empobrecimiento ( depletion), 3 terminales *

Tipo empobrecimiento ( depletion), 3 terminales

Fig. 4-9 Otras representaciones del MOSFET.



La acción del MOSFET de canal P es complementaria, lo que significa que todos los voltajes y corrientes están invertidos. 4.22 EJEMPLOS ¿Cuál es el voltaje de dren-fuente cuando VGS es cero? Suponga una RD = 470Ω Suponga que el MOSFET actúa como una fuente de corriente. Como el voltaje de compuerta es cero, la corriente de dren es 10 mA. Por lo tanto, el voltaje de dren – fuente es:

VDS = ID RD VDS = - (10mA)(470Ω)

VDS = 4.7V Y si el voltaje de estrangulamiento pV es 4V, entonces VDS > Vp, la suposición acerca del comportamiento como fuente de corriente es correcto. Ahora, si al resistor RD se le agrega uno de 4.7 KΩ, VGS = 0 y VCC = 20V ¿Cuál es el voltaje de dren-fuente? El MOSFET actúa como una fuente de corriente. Como el voltaje de compuerta es cero, la corriente de dren es 10mA (IDSS). Observe que el MOSFET actúa como una resistencia de 400. La resistencia total en el circuito de dren es la suma de 400. Y 4.7 K Ω. En consecuencia, el voltaje de dren fuente es.

Por división de voltaje: V1 = V((R1 / (R1 + R2 ))

VDS = 20V (400Ω / (4.7KΩ + 400Ω)) VDS = 1.57V

Ahora ¿Cuál es el voltaje de dren-fuente cuando VGS = 1v? Suponga que el MOSFET está funcionando como una fuente de corriente. Se obtiene el factor K y la corriente de dren como sigue:

K = (1 – (VGS / VGS(off)))2

K = (1- (1/-4)) K = 1.56

Luego,

ID = K IDSS ID = (1.56) (10 mA)

ID = 15.6 mA



El voltaje de dren-fuente es

VDS = VDD – ID RD VDS = 20V – ((15.6mA) (470Ω)

VDS = 12.7 V Tercero, se calcula el voltaje de estrangulamiento proporcional

V´p = ID RDS V´p =15.6 mA (400Ω)

V´p = 6.24V Puesto que DSV es mayor que pV , el MOSFET está funcionando como una fuente de corriente. 4.23 EL MOSFET EN MODO DE EMPOBRECIMIENTO Aunque el MOSFET en modo de empobrecimiento es muy útil en situaciones especiales, no tiene un uso muy extenso. Pero jugó un papel muy importante en la historie debido a que fue parte de la evolución hacia El MOSFET en modo de enriquecimiento, un dispositivo que ha revolucionado la industria de la electrónica. Este segundo tipo de MOSFET ha tenido una importancia enorme en la electrónica digital y en las computadoras. Sin él, no existirían las computadoras personales que en la actualidad tienen un uso muy general. 4.24 IDEA BÁSICA

El MOSFET en modo de enriquecimiento de canal n, el sustrato se extiende a lo ancho del dióxido de silicio y ya no se tiene más un canal n entre la fuente y el dren.

En polarización normal, cuando el voltaje de compuerta es nulo, la alimentación DDV trata de forzar los electrones libres desde la fuente hacia el dren, pero el sustrato P solo tiene unos cuantos electrones libres producidos térmicamente. Aparte de estos portadores minoritarios y alguna fuga superficial la corriente entre la fuente y el dren es nula. Por esta razón el MOSFET el modo de enriquecimiento de está normalmente apagado cuando el voltaje de compuerta es cero. Esto es completamente diferente de los dispositivos en modo de empobrecimiento como el JFET o el MOSFET en modo de empobrecimiento. Cuando la compuerta es lo suficientemente positiva, atrae electrones libres dentro de la región P.

Los electrones libres se recombinan con los huecos cercanos al dióxido de silicio. Así cuando voltaje es suficientemente positivo, todos los huecos que tocan el dióxido de silicio se llenan y los electrones libres empiezan a circular desde la fuente hacia el dren. El efecto es idéntico al de crear una capa delgada de material tipo n próxima al dióxido de silicio. Esta capa conductora se denomina capa de inversión de tipo n. Cuando existe el dispositivo, normalmente apagado de



repente enciende y los electrones libres pueden circular fácilmente desde la fuente hacia el dren. El GSV mínimo que crea la capa de inversión de tipo n se llama voltaje de umbral (en inglés threshoid voltaje), se representa como VGS(th) cuando VGS < VGS(th), la corriente de dren es nula. Una capa de inversión de tipo n conecta la fuente al dren y la corriente de dren es grande. Dependiendo del dispositivo en particular que se use VGS(th) puede variar desde menos de 1 hasta más de 5 V. Los JFET y los MOSFET en modo de empobrecimiento están clasificados como dispositivos en modo de empobrecimiento por que su conductividad depende de la acción de las capas de empobrecimiento. El MOSFET en modo de enriquecimiento esta clasificado como un dispositivo en modo de enriquecimiento por que su conductividad depende de la acción de la capa de inversión de tipo n. Los dispositivos en modo de empobrecimiento están normalmente encendidos con el voltaje de compuerta cero, mientras que los dispositivos en modo de enriquecimiento están normalmente apagados cuando el voltaje de compuerta es cero. 4.25 GRAFICAS

La curva inferior es la curva de VGS(th). Cuando GSV es menor que VGS(th), la corriente de dren es aproximadamente es cero. Cuando GSV es mayor que VGS(th), el dispositivo enciende y la corriente del dren se controla por medio del voltaje de compuerta. También en este caso. Nótese las partes casi vertical y casi horizontal de las curvas. La parte casi vertical corresponde a la región óhmica y la parte vertical corresponde casi a la región de fuente de corriente. El MOSFET en modo de enriquecimiento puede funcionar en cualquiera de estas regiones. En otras palabras, puede actuar como una fuente de corriente o como un resistor.

De nuevo la curva es parabólica o de ley cuadrada. El vértice (punto de arranque) de la parabólica esta en VGS(th), por esto, la ecuación de la parábola es diferente a la anterior. Ahora es igual a

ID = K(VGS - VGS(th))2 Donde K es una constante que depende del MOSFET en particular.

Cualquier hoja de datos de un MOSFET en modo de enriquecimiento incluirá la corriente, ID(on), mientras que el voltaje, VGS(on), de un punto dren del umbral. En los JFET y los MOSFET en modo de empobrecimiento, los valores de

DSSI y VGS(off) son las cantidades claves necesarias para el análisis. En los MOSFET el modo de enriquecimiento las cantidades clave ID(on), VGS(th), y VGS(off).



Es importante resaltar que VGS(on) → VOLTAJE DE ENCENDIDO Estas tres cantidades son los primeros tres datos que se buscan en la hoja de datos. Al sustituir las cantidades en la ecuación:

ID = K(VGS - VGS(th))2 Se puede reacomodar la ecuación en forma más útil.

ID = KID(on) donde

K = ((VGS - VGS(th)) / (VGS(on) - VGS(th)))2 4.26 SÍMBOLO ESQUEMATICO Cuando VGS = 0, el MOSFET en modo de enriquecimiento está apagado ya que no hay canal de conducción entre la fuente y el dren. El símbolo esquemático tiene una línea de canal a trazos para indicar esta condición de apagado. Un voltaje de compuerta mayor que el voltaje de umbral crea una capa de inversión de canal tipo n que conecta la fuente con el dren. La flecha apunta hacia esta capa de inversión, la cual actúa como un canal n cuando el dispositivo esta conduciendo. También hay un MOSFET en modo de enriquecimiento de canal p. El símbolo esquemático es similar, excepto que la flecha apunta hacia afuera. 4.27 VOLTAJE MÁXIMO DE COMPUERTA-FUENTE

Los MOSFET tienen una delgada capa de dióxido de silicio, un aislante que impide la corriente del dren compuerta para voltajes tanto positivos como negativos. Esta capa de aislamiento se mantiene tan delgada como sea posible para proporcionar a la compuerta más control sobre la corriente de dren. Debido a que la capa de aislamiento es tan delgada, fácilmente se puede destruir con un voltaje de compuerta-fuente. Por ejemplo, un 2N3796 tiene un VGS(max) especifico de ± 30v.

Si el voltaje de compuerta-fuente es más positivo que + 30v o más negativo que –30v, la delgada capa de aislamiento será destruida. Aparte de la aplicación de un VGS excesivo, se puede destruir la delgada capa de aislamiento por medio de formes más sutiles. Si se remueve o se inserta un MOSFET en un circuito mientras la potencia esta encendida, los voltajes transitorios causados por latigazos inductivos y otros efectos pueden exceder el voltaje VGS(max) especifico. Esto destruirá el MOSFET el MOSFET. Aun tocar con las manos un MOSFET puede depositar suficiente carga estática que exceda el VGS(max) especifico. Esta es la razón por la que los MOSFET frecuentemente se empaquetan con un anillo metálico alrededor de las terminales de conexión. Se quitan este anillo después de que el MOSFET se conecta a un circuito.



Muchos MOSFET están protegidos con diodos zener internos en paralelo con la compuerta y la fuente. El voltaje zener es menor que el VGS(max) especifico. En consecuencia, el diodo zener entra en la región de rompimiento antes de que ocurra un daño a la capa de aislamiento. La desventaja de estos diodos zener internos es que reducen la alta resistencia de entrada de los MOSFET. El precio vale la pena en algunas aplicaciones, ya que algunas aplicaciones, ya que algunos MOSFET son muy caros y se destruyen fácilmente sin la protección del zener. Recuerde esta idea: los dispositivos MOSFET son delicados y se destruyen fácilmente. Se deben manejar cuidadosamente. Asimismo, nunca se les debe conectar o desconectar mientras la potencia esté encendida. Antes de tomar con la mano un dispositivo MOSFET, debe descargar el cuerpo tocando el chasis del equipo con el que se esté trabajando. 4.28 CIRCUITOS EQUIVALENTES

Las curvas del dren teóricas para un MOSFET en modo de enriquecimiento no poseen región de rompimiento, segundo, todas las curvas de región óhmica están superpuestas y producen una única, línea vertical. Tercero , todas las curvas de dren son horizontales en la región de fuente de corriente. Estas curvas de dren ideales son semejantes a las curvas de modo de empobrecimiento excepto para el voltaje de rodillo proporcional V’K. 4.29 CURVAS IDEALES DEL DREN

Este voltaje es la frontera entre la región óhmica y la región de fuente de corriente en un dispositivo en modo de enriquecimiento ideal. El concepto de la frontera es idéntico a V’p.

La razón de no utilizar V’p es que el MOSFET en modo de enriquecimiento no tiene un voltaje de estrangulamiento donde las capas de empobrecimiento se ajusten. En su lugar, tienen una capa de inversión. Debido a que interviene un mecanismo físico diferente, se usa el símbolo V’K para representar la frontera entre las dos regiones.

El MOSFET en modo de enriquecimiento puede actuar como una fuente de corriente o como un resistor. La selección de cual use depende de donde este el punto de operación. El voltaje de rodillo proporcional es el guía cuando DSV es mayor que V’K, El dispositivo es un resistor. El proceso para decidir que modelo se usa es el siguiente Calcule V’K Si DSV > V’K use el circuito equivalente de fuente de corriente Si DSV > V’K use el circuito equivalente óhmico



Ejemplo ¿Cual es el voltaje de dren-fuente cuando DSV es cero volts? VCC = 20V

El voltaje de compuerta es menor que el voltaje de umbral. En consecuencia el MOSFET no conduce. En este caso, la corriente de dren es cero y el voltaje de dren-fuente se eleva al voltaje de alimentación de dren:

DSV = 20 V Ejemplo ¿Cuál es el voltaje de dren-fuente cuando VGS = 5 V? Suponga una R = 3.6KΩ. Suponga que el MOSFET actúa como una fuente de corriente. Como el voltaje de compuerta es igual al voltaje de encendido, la corriente del dren es 1 mA. En consecuencia, el voltaje de dren-fuente es

VDS = ID RD

VDS = 20 – ((1mA)(3.6KΩ)) VDS = 16.4V

El Voltaje de rodillo proporcional para R = 1KΩ es:

V’K = (1mA)(1KΩ) V’K = 1V

Como DSV es mayor que V’K, la suposición acerca del funcionamiento como fuente de corriente es correcta Ejemplo. El resistor de dren se incrementa a 36 KΩ. ¿Cuál es el voltaje dren-fuente cuando GSV es 5 V? Suponga que el MOSFET actúa como una fuente de corriente. Como el voltaje de compuerta es +5 V, la corriente de dren es 1 mA. Por consiguiente, el voltaje de dren-fuente es

VDS = ID RD VDS = 20 – ((1mA)(36KΩ))

VDS = -16V

¡IMPOSIBLE!

El Voltaje de dren no puede ser negativo, se tiene un resultado absurdo. Lo que significa que la suposición acerca de la fuente de corriente es equivocada. El MOSFET no puede estar funcionando en la región de fuente de corriente. Debe estarlo en la región óhmica.



El MOSFET actúa como una resistencia de 1 kΩ . La resistencia total en el circuito de dren es la suma de N y 36 KΩ. Por lo tanto, se puede calcular el voltaje de dren-fuente utilizando un circuito de división de voltaje:

VDS = (20V / (1KΩ + 36KΩ )) (1KΩ )

Ejemplo ¿Cuál es el voltaje de dren-fuente cuando VGS = 3V? Suponga que el MOSFET está funcionando como una fuente de corriente. VGS(th) = 1V, VGS(on) = 5V. Se obtiene el factor K.

K = ((VGS - VGS(th)) / (VGS(on) - VGS(th)))2 K = ((3V-1V) / (5V-1V))2

K = 0.25V

Luego ID ID = K ID(on)

ID = 0.25 (1mA) ID = 0.25mA

Voltaje de dren-fuente.

VDS = 20V – (0.25mA)(3.6KΩ) 19.1V

Ejemplo Repita el ejemplo anterior para un voltaje de compuerta de 8 V, suponga que el MOSFET funciona como una fuente de corriente. Factor K

K = ((VGS - VGS(th)) / (VGS(on) - VGS(th)))2 K = ((8V-1V) / (5V-1V))2

K = 3.06V Luego ID

ID = K ID(on) ID = 3.06 (1mA)

ID = 3.06 mA Voltaje de dren-fuente.

VDS = 20V – (3.06mA)(3.6KΩ) VDS = 8.98V

El Voltaje de rodilla proporcional es



V’K = (3.06mA) (1KΩ)

V’K = 3.06V Como DSV es mayor que V’K, la suposición acerca del funcionamiento como fuente de corriente es correcto.



V

FUENTES DE CD Y OSCILADORES


Aplicar los dispositivos electrónicos básicos en circuitos prácticos.


Aplicar los dispositivos electrónicos básicos en circuitos prácticos.

5.1 INTRODUCCIÓN En el siguiente capítulo se realiza un estudio de las partes principales que componen una fuente de alimentación, así como de los principales parámetros de una fuente alimentación La mayoría de los dispositivos electrónicos requieren voltajes de CD para operar. Las baterías son útiles en dispositivos de baja potencia o portátiles pero el tiempo de operación esta limitado a menos que se recarguen o reemplacen. La fuente de alimentación disponible más fácil de obtener es el contacto de pared de 110 V de CA, 60Hz. El circuito que convierte este voltaje de CA en un voltaje de CD se denomina fuente de alimentación de CD. 5.2 DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN Se entiende por fuente de alimentación al circuito electrónico que tiene por misión la obtención de una tensión continua partiendo de una tensión alterna, que eventualmente será la proporcionada por la red de 127 Volts AC. La necesidad de estos circuitos es básica en todos los campos de la electrónica dado que todos los componentes activos (transistores, circuitos integrados, etcétera) han de ser polarizados con tensiones de poco valor para realizar la función. En aquellos aparatos electrónicos en los que se hace prohibitivo el uso de los acumuladores ó baterías la utilización de una fuente de alimentación es imprescindible. Una vez que ya sabemos que es una fuente de alimentación pasemos a clasificarlas. Las fuentes de alimentación se pueden clasificar de diferentes maneras, de acuerdo al parámetro estable de salida en: a) Fuentes de tensión: Aquellas en las que la tensión de salida tiene un valor determinado, pudiendo variar el valor de la intensidad absorbida dentro de ciertos límites.



b) Fuentes de corriente: Son aquellas en las que el valor de la intensidad absorbida tiene un valor determinado, pudiendo variar el valor de la tensión aplicada dentro de ciertos límites. De aquí en adelante nos referiremos a las fuentes de tensión, por ser estas las más de uso general. Las fuentes de alimentación se clasifican, según las características de la tensión que proporcionan. c) Fuentes de alimentación simples: Son aquellas en las que el valor de la tensión de salida no puede ser variado a voluntad, siendo fijo, aunque dependiendo de los siguientes factores: 1.- variación de la tensión de entrada. 2.- variación de la corriente absorbida por la carga. 3.-variación de la temperatura. d) Fuentes de alimentación estabilizadas: Son aquellas en las que la tensión de salida es fijo y constante (dentro de ciertos límites) independientemente de cualquier factor. e) Fuentes de alimentación regulables: Son aquellas en las que el valor de la tensión de salida es variable a voluntad del usuario (dentro de ciertos márgenes. El desarrollo de la electrónica ha provocado la aparición de otro tipo de fuentes, que aunque obtiene los mismos resultados, transformar la corriente alterna en continua, el procedimiento para conseguirlo es diferente. De esta manera podemos hacer otra clasificación: f) Fuentes de alimentación lineales: Son aquellas que transforman, rectifican, filtran, regulan y/o estabilizan. g) Fuentes conmutadas: Son aquellas que rectifican, convierten, rectifican nuevamente y filtran la tensión. 5.3 FUENTES DE ALIMENTACIÓN SIMPLES El esquema típico en bloques está compuesto por el transformador, el rectificador y el filtro.

Figura 5.1 Diagrama en bloques de una fuente de alimentación simple A continuación se explica brevemente cada uno de estos bloques.

Transformador Rectificador Filtro Salida Entrada



5.3.1 TRANSFORMADOR La red suministra tensiones comprendidas entre 100 y 400 volts, según los países, que representan un compromiso entre su peligrosidad y el coste de las instalaciones. La posibilidad transformar la tensión proveniente a la rectificación es una de las opciones posibles para obtener las tensiones de salida deseadas. El transformador presenta, además, una de las mejores opciones para obtener el aislamiento galvánico entre la salida de la fuente y la red. Un transformador está compuesto por dos ó más bobinas ó arrollamientos. Un arrollamiento es conectado a la red (primario) y el otro es conectado al rectificador (secundario). La tensión en bornes del secundario depende de la tensión a que esté sometido el primario y a la relación existente entre el número de espiras de ambos bobinados. Debido al alto rendimiento de este tipo de componentes puede decir que toda la potencia suministrada en el primario es transferida al secundario. El símbolo eléctrico y las fórmulas que relacionan sus tensiones son las siguientes:

M = Vs / Vp = Ns / Np = Ip / Is Siendo M la relación de transformación y N el número de espiras. La potencia y por tanto el tamaño a utilizar está muy relacionado con el tipo de filtro utilizado tras la rectificación. Por otra parte, no se insistirá en este dispositivo por ser suficientemente conocido. 5.3.2 RECTIFICADOR Tiene por misión convertir la corriente alterna en corriente pulsatoria. Existen varios tipos de rectificadores, siendo los siguientes los más conocidos.

Figura 5.2 símbolo del transformador

entrada salida IP

IS

VP VS



Figura 5.3 Rectificador simple

5.3.2.1 Rectificador de media onda En esta configuración el diodo sólo conduce en los semiciclos positivos. En los semiciclos negativos el diodo esta polarizado en inversa, por lo que no deja pasar la corriente. Este tipo de rectificador supone un derroche de energía, porque solo aprovecha la mitad. Además, mientras la salida del rectificador esté anulada, será el filtro el que se encargara de suministrar la tensión, provocando una mayor ondulación de la tensión de salida. Por esta razón este circuito es muy poco utilizado. El valor eficaz de la tensión de salida es:

2maxV

5.3.2.2 Rectificador de doble onda

Durante un semiciclo un diodo estará polarizado en directo, mientras que el otro lo estará en inverso. Durante el siguiente semiciclo ocurrirá lo contrario. Por la carga siempre circuitería la corriente en el mismo sentido. Esta requiere de un menor filtraje para obtener una tensión continua con escaso nivel de rizado.

RL

S

I

+

-

Figura 5.4 Rectificador de doble onda



El valor de la tensión de salida es:

2maxV

Este tipo de rectificador tiene el inconveniente que necesita un transformador con toma intermedia para su funcionamiento. Para evitar este defecto utilizamos el rectificador en puente. 5.3.2.3 Rectificador en puente (rectificador de onda completa)

En los semiciclos positivos, los diodos que conducen son D1 Y D3, mientras que los negativos lo hacen D2 y D4. La forma de onda a la salida es idéntica a la del rectificador de onda completa, pero existen matices que los diferencia. El montaje con transformador con toma intermedia presenta un mayor rendimiento cuando la tensión es muy baja, habida cuenta que en este montaje solamente se utiliza un diodo en conducción en cada ciclo y no dos como en el puente, con lo que la caída directa en la rectificación es doble que en este ultimo tipo. Los valores medio y eficaz de la tensión son los mismos que los del rectificador de doble onda. Es muy común que diseñemos una fuente de alimentación que suministre una sola tensión positiva y que posteriormente una ampliación en el circuito nos obligue a utilizar tensiones negativas. El circuito mostrado en la siguiente figura nos muestra los componentes que debemos añadir a un puente completo para que este sea capaz de rectificar en doble onda una tensión negativa.

+

_

D1

D3

D2

D4

R

Figura 5.5 rectificador de onda completa



5.3.2.4 Rectificador auxiliar de tensión negativa Para rectificar media onda solo se utilizan los diodos D1 Y D3 y los condensadores C1 Y C3. D2, D4 Y C2 nos permiten obtener la rectificación en onda completa, con lo que disminuiremos el rizado y daremos al circuito una mayor capacidad de suministrar corriente. Si la rama positiva se encuentra sin carga R1 toma un valor infinito y la tensión negativa se dispara automáticamente. En caso de una aplicación que exija una corriente negativa más importante que la positiva es necesario intercambiar el orden de los componentes. El puente rectificador suministra en este caso la tensión negativa y los componentes adicionales la positiva. Esto realiza invirtiendo la polaridad de todos los componentes. Combinando un transformador con toma intermedia con un puente rectificador podemos generar el siguiente circuito para generar, al igual que en casos anteriores, tensiones positivas y negativas.

Figura 5.7 Rectificador simétrico

+

0

_

+

0

_

Red

C1 D2

D1 C2

D3 D4

D5

D6

D7

D8 C4

C3

R1

R2

Figura 5.6 Rectificador auxiliar de tensión negativa



5.3.3 FILTRO Tiene por misión transformar la tensión pulsante proveniente del rectificador en una tensión lo más continua posible. Todos los tipos de filtros se pueden agrupar en dos grandes grupos de filtros. Filtros con entrada por condensador y por autoinducción. En este caso utilizamos el filtro con entrada por condensador, en el primer tipo de condensador a la salida del rectificador no solo filtra las componentes alternas introducidas, sino que modifica sustancialmente el comportamiento del rectificador, reduciendo el tiempo de conducción y teniendo que entregar una tensión rectificada igual a la de pico de la alterna senoidal de la red. Esto afecta el funcionamiento del transformador y al rectificador, sometiendo a ambos a peores condiciones de trabajo. 5.3.3.1 Filtros de entrada por autoinducción En el filtro de entrada por autoinducción, al contrario que el de por condensador, no modifica el comportamiento del rectificador, limitándose a actuar como una rampa para los componentes alternas generadas. Su funcionamiento no perjudica por tanto ni a los diodos ni al transformador, evitando así su sobre dimensionamiento, pero en comparación con el filtro de entrada por condensador necesita la incorporación de un componente más. Se utiliza normalmente el de entrada por condensador para potencias bajas y moderadas y el de entrada por autoinducción en potencias altas. 5.3.3.2 Tipos de filtros

Figura 5.8 filtro L, C.

L

C



Figura 5.9 Filtro con bobina o choque

Figura 5.10 Filtro RC

Figura 5.11 Filtro a condensador

Figura 5.12 filtro RLC

C C1

L

C

R

C

R L

C



5.4 PARÁMETROS TÍPICOS DE UNA FUENTE DE ALIMENTACIÓN. a) Tensión de entrada: Es la tensión alterna que se debe aplicar a la fuente. Normalmente será de 120 o 220 volts. b) Tensión nominal de salida: Es el valor de la tensión continua de salida para un valor de tensión de entrada, para un valor de corriente absorbida igual a la corriente nominal y para una temperatura fija. c) Intensidad nominal de salida: Es el valor de la corriente que se puede exigir a la fuente sin que la tensión de salida descienda por debajo de la nominal. d) Regulación: Cuando en una fuente se produce una variación de la corriente absorbida en vacío a la corriente nominal, la tensión de salida disminuye de la tensión de vacío a la tensión nominal. Esta variación se mide por una característica llamada regulación, expresada por la siguiente relación. Una fuente será tanto mejor cuanto menor sea su regulación. e) Rizado: Es el cociente entre el valor pico a pico de componente alterna de la tensión de salida y la tensión nominal de salida. 5.5 VENTAJAS E INCONVENIENTES DE UNA FUENTE DE ALIMENTACIÓN Este tipo de fuente es más sencilla en cuanto a circuito y número de componentes; por lo tanto será la más económica. Sin embargo, como hemos visto, al absorber corriente de su salida, la tensión varía, lo cual limita su campo de aplicación a aparatos que, o bien absorben una corriente constante (caso muy difícil), o bien permiten una tensión variable sin afectar a su funcionamiento ( caso también difícil) Por tanto, cualquier variación de la tensión de la red afectaría inmediatamente a la tensión de la fuente, con lo que este tipo de fuente de alimentación se hace muy inestable, en general, poco aconsejable, salvo en los casos que los condicionamientos económicos tenga prioridad sobre los técnicos. 5.6 FUENTES DE ALIMENTACIÓN REGULABLES a) Definición: Una fuente de alimentación regulable es aquella que nos permite variar su tensión de salida. b) Fuente regulable simple: Es aquella que su tensión de salida puede variarse pero su regulación es muy grande. Este hecho provoca que sea poco utilizada. 5.7 REGULADORES DE TENSIÓN INTEGRADOS Los circuitos integrados lineales, se utilizan para regular las tensiones de alimentación. El interés que presentan estos circuitos integrados es grande, puesto que el desarrollo de los sistemas electrónicos actuales hace completamente imprescindible la estabilización de las tensiones de alimentación. Existen dos grandes grupos de reguladores: a) reguladores para tensión fija. b) reguladores para tensión variable.



5.8 REGULADORES PARA TENSIÓN FIJA SERIE 78XX Y 79XX El diseño de las fuentes de alimentación mediante los reguladores integrados, de la serie 78XX, para tensiones positivas, y el 79XX para tensiones negativas, resulta sumamente fácil; en principio cabe mencionar que son adaptables a diferentes tensiones de salida, sin más que utilizar el regulador adecuado, y modificar los componentes asociados en función de la tensión de trabajo. Concretamente en el comercio se disponen de las siguientes tensiones de salida, tanto positivas como negativas: 5, 6, 8, 12, 15, 18, y 24 volts. Todos ellos son capaces de proporcionar una corriente máxima, convenientemente refrigerados, de 1amperes. No obstante con la misma gama de tensiones de salida, disponemos de la serie 78MXX y 79MXX, cuya única diferencia con la anterior, es su capacidad de corriente máxima que en este caso es de 0.5 ampares. Aun existe la serie 78LXX y 79LXX capaces de proporcionar corrientes como máximo de 0.1 amperes. En caso de necesitar corrientes superiores a 1 amperes, podría utilizarse la serie 78HXX capaz de proporcionar hasta 5 amperes. Pero los reguladores de este tipo sólo están presentes para tensiones de 5, 12, y 15 V. 5.9 REGULADOR DE VOLTAJE POSITIVO AJUSTABLE DE TRES TERMINALES (LM 317) Y REGULADOR DE VOLTAJE NEGATIVO AJUSTABLE DE TRES TERMINALES (LM 337) Se requieren voltajes regulados que sean variables para fuentes de laboratorio. Voltajes que no están disponibles como reguladores estándar de voltaje fijo de mucha precisión. De esta forma se inventaron las familias LM 317 y LM 337 de reguladores positivos y negativos ajustables de tres terminales, respectivamente. Son excelentes dispositivos con todos los circuitos de protección interna discretos. El regulador de voltaje positivo LM 317 ajustable, tiene solo tres terminales, como se muestra en la siguiente figura. Figura 5.13 especificaciones de las terminales de un regulador de voltaje positivo

La instalación es sencilla como se muestra en la figura siguiente.



Figura 5.14 configuración de un LM 317 El LM 317 mantiene exactamente 1.25 V entre sus terminales de salida y ajuste. Este voltaje se llama VREF y puede variar de circuito a circuito desde 1.20 a 1.30. Una resistencia de 240Ω, R1 se conecta entre esas terminales para conducir una corriente de 1.2 V / 240 Ω = 5mA. Esta corriente de 5mA fluye a través de R2. Si R2 es ajustable, la caída de voltaje a trabes de ella, V2 será igual a R2 X 5mA. El voltaje de salida del regulador se establece por VR2 mas la caída de 1.2 V a través de R1. En términos generales, V0 esta dado por:

V0 = 1.2 V /R1 (R1 X R2) Normalmente R1 = 240 Ω. Por tanto, cualquier valor deseado de voltaje regulado de salida se establece mediante el ajuste fino de R2 a un valor determinado por

V0 = 1.2 V / (5mA) (R2) 5.10 CARACTERISTICAS DEL LM 317 El LM 317 proporcionara una salida de corriente regulada hasta de 1.5 A, siempre que no este sujeto a disipación de potencia de mas de 15 W (encapsulado TO-3). Esto significa que debe estar aislado eléctricamente de, y sujeto a, un gran disipador de calor tal con el chasis de metal de la fuente de alimentación. Un a pieza de aluminio de 5 por 5 pulgadas para formar un disipador de calor adecuado. El LM 317 requiere un voltaje mínimo de caída a través de sus terminales de entrada y salida o se saldrá de regulación. Por lo tanto, él limite superior V0 es de 3 V abajo del voltaje mínimo de entrada desde la fuente no regulada. Es buena practica conectar capacitores en derivación de 1ųF Como se muestra en la siguiente figura.

LM 317

R2

C1 C2 RL

+

-

VIN

1.2 V

5mA

ent. Sal



Figura 5.15 conexión de capacitores en derivación con un LM 317

C1 miminiza los problemas causados por terminales largas entre el rectificador y el LM 317. C2 mejora la repuesta transitoria. Cualquier voltaje de rizo del rectificador se reducirá por un factor de mas de 1000 si R2 esta derivado por un capacitor de 1µF o un capacitor electrolítico de 10ųF. El LM 317 se protege por sí mismo contra sobrecalentamientos, demasiada disipación interna de potencia y demasiada corriente. Cuando la temperatura de la tableta alcanza 175ºC, el 317 se apaga. Si el producto de la corriente de salida y el voltaje de entrada a salida excede de 15 a 20 W, o si se requieren corrientes mayores de 1.5 A, el LM 317 también se apaga. Cuando se elimina la conducción de sobrecarga, el LM 317 simplemente reasuma la operación. Todas estas características de protección son posibles por la notable circuiteria interna del LM 317. 5.11 REGULADOR DE VOLTAJE NEGATIVO AJUSTABLE Un regulador de voltaje negativo ajustable con tres terminales es el LM 337. Este regulador opera con el mismo principio que el regulador positivo excepto que R1 es una resistencia de 120Ω y el voltaje máximo de entrada sed reduce a 50 V. El voltaje V0 está dado por la siguiente ecuación:

V0 = 1.2 V / (5mA) (R2) (5.8) Si R2 = 120Ω, entonces V0 depende de R2 de acuerdo con la siguiente ecuación:

V0 = 1.25 V / (10mA) R2

-

+ LM 317

C1

R2

C2 RL

1.2 V

5mA

Aj

ent. Sal



Figura 5.16 configuración de un regulador de voltaje negativo 5.12 PROTECCION EXTERNA Se acostumbra conectar C1 y C2 a un regulador Como se muestra en la siguiente figura

Figura 5.17 protección externa de un regulador de voltaje (LM317) Todo regulador deberá estar equipado con diodo D1 para protegerlo contra cortos en la entrada, de lo contrario la capacitancia de carga puede enviar corriente hacia su salida y destruirlo. Se incorporó C3 para mejorar notablemente el rechazo del voltaje de rizo de AC. Sin embargo, para el caso en que se produzca un corto circuito en la salida del regulador, el capacitor C3 intentará enviar otra vez la corriente hacia la terminal de ajuste. En cambio D2 dirige esta corriente hacia el cortocircuito.

LM 337

R2

C1

C2

RL

-

+

Ent

AJ

Sal

10 mA

LM 317

R2

C1

D2

D1

R1

C3

C2

D1, D2 = 1N4002

+

-



Guía de Prácticas Fecha Grupo No de alumnos por práctica No. de alumnos por reporte Nombre y firma del profesor

Nombre (s) del alumno (s)

Tiempo estimado Hrs Calificación

PRÁCTICA NO. 1 EL MULTÍMETRO

OBJETIVO Conocer las partes que constituyen a los multímetros digital y analógico, así como el funcionamiento de los mismos. MATERIAL Multímetro digital Multímetro analógico Puntas Resistencias, capacitores y leds. ACTIVIDADES 1. - Anote todas las medidas de seguridad que se deben de tener en este tipo de instrumentos de medición. 2. - Dibuje el multímetro analógico visto en esta práctica e identifique cada una de sus partes. 3. - Dibuje el multímetro digital visto en esta práctica e iidentifique cada una de sus partes. 4. - Identifique que partes son las que tienen en común con respecto a la teoría anterior. 5. - Identifique las funciones que pueden realizar en común con respecto a la teoría anterior. 6. - Describa las funciones que pueden realizar los multímetros digitales. TOMA DE MEDIDAS 1. - Realice la comprobación de, por lo menos, cinco resistencias diferentes en cuanto a sus valores. 2. - Realice la prueba de continuidad de un diodo LED.



Componente Valor Continuidad o coincidencia

SI NO INVESTIGACIÓN 1. - Describa las funciones que pueden realizar los multímetros analógicos. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________



Fecha Grupo No de alumnos por práctica No. de alumnos por reporte Nombre y firma del profesor



PRÁCTICA NO. 2 FUENTES DE ALIMENTACIÓN Y GENERADORES DE FUNCIONES

OBJETIVO Conocer las partes que constituyen a las fuentes de alimentación y a los generadores de funciones, así como el funcionamiento de los mismos. MATERIAL Fuente de alimentación. Generador de funciones. Puntas ACTIVIDADES Dibuje la fuente de alimentación vista en esta práctica e identifique sus partes. Dibuje el generador de funciones vista en esta práctica e identifique sus partes. Describa las funciones que puede realizar la fuente de alimentación. Describa las funciones que puede realizar el generador de funciones. Mencione los cuidados y precauciones que deben tenerse en una fuente de alimentación. Mencione los cuidados y precauciones que deben tenerse en un generador de funciones. Describa brevemente la forma de uso y puesta en marcha de la fuente de alimentación. Describa brevemente la forma de uso y puesta en marcha del generador de funciones. Conteste las siguientes cuestiones: ¿Qué se necesita para que se presente una medida de intensidad en la fuente? ¿Con que se puede visualizar la salida del generador de funciones? ¿Cuáles son los elementos básicos que conforman a una fuente de alimentación? ¿Qué funciones realiza el transformador en una fuente de alimentación? ¿Para qué sirven los filtros?



INVESTIGACIÓN Investigue la forma en como funciona un generador de funciones. ¿Qué es el rizado? OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________






PRÁCTICA NO. 3 EL OSCILOSCOPIO

OBJETIVO Conocer las partes que constituyen al osciloscopio y conocer su funcionamiento. MATERIAL Osciloscopio Generador de funciones. Puntas ACTIVIDADES Realice un reporte de esta práctica que contenga lo siguiente: Investigar la siguiente teoría de los osciloscopios:

1. Construcción 2. Funcionamiento interno 3. Tipo de lecturas capaces de proporcionar. 4. Puesta en marcha 5. Precauciones y seguridad

Dibuje el osciloscopio visto en esta práctica e identifique sus partes. Describa las funciones que puede realizar el osciloscopio visto en esta práctica. Mencione los cuidados y precauciones que deben tenerse en el osciloscopio visto en esta práctica. Describa brevemente la forma de uso y puesta en marcha del osciloscopio visto en esta práctica. Resuelva las siguientes cuestiones:

1. ¿Es posible manipular la señal leída por el osciloscopio? 2. ¿Cómo se puede congelar la señal del osciloscopio? 3. ¿Es posible obtener rangos y medidas de las señales desplegadas en el

osciloscopio? Si es así, ¿Cuáles son estas? Conecte el generador de funciones al osciloscopio y estudie: una onda cuadrada, una triangular y una senoidal. Dibújelas juntos con los valores obtenidos. Investigue lo que es un ciclo, dibujuelo y ejemplifique en los parámetros: VP, VPP, f, T y Vef. Anote sus observaciones y conclusiones






PRÁCTICA NO. 4 ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS

OBJETIVO Armar circuitos serie, paralelo y mixto con resistencias. MATERIAL Resistencias de valores varios. Multímetro. Fuente de alimentación. Resistencias variables y potenciómetros. Leds TEORÍA El armado del siguiente circuito se hará en dos formas: para el protoboard y para un circuito impreso (CI).

R1

R2 R4 R3



Diagrama eléctrico Diagrama esquemático Pistas CI ACTIVIDADES Elabore un reporte que contenga lo siguiente: Calcule la resistencia equivalente del circuito Arme en el protoboard el circuito del ejemplo. Use resistencias de diferentes valores. Mida con el multímetro la resistencia equivalente del circuito real y compare su resultado con el práctico. Arme un circuito diferente al visto en este ejemplo y bosqueje su diagrama en pistas (CI). Arme un circuito usando una resistencia variable o un potenciómetro. Conecte un led a su salida y observe lo que sucede. Anote sus conclusiones y recomendaciones.

R1 R5 A R2 R4 B R3 R6

R1 R2 R3 R4 R5 R6






PRÁCTICA NO. 5 CARGA Y DESCARGA DE CONDENSADORES

OBJETIVO Observar la carga y descarga de los capacitores. MATERIAL Capacitores de 1000 y 2200 ųF a 63V. Multímetro. Fuente de alimentación. Resistencias de 22 KΩ a 1W y 33 KΩ a 1W. ACTIVIDADES Realice lo siguiente: Conectar en serie el capacitor de 1000 micro Faradios con la resistencia de 22 KΩ. Conectar en serie el capacitor de 1000 micro Faradios con la resistencia de 33 KΩ. Conectar en serie el capacitor de 2200 micro Faradios con la resistencia de 22 KΩ. Conectar en serie el capacitor de 2200 micro Faradios con la resistencia de 33 KΩ. Medir y elaborar una tabla para cada una de las combinaciones anteriores: Capacitor = _____ micro Faradios; R = ____ KΩ. Tiempo Voltaje Intensidad Nota: Realice las medidas para un minuto. Grafique intensidad contra tiempo y voltaje contra tiempo de cada caso. Elabore un reporte que contenga los resultados y la siguiente información: Definición, constitución, funcionamiento y constante de tiempo de un capacitor. Conclusiones y recomendaciones.






PRÁCTICA NO. 6 TRANSFORMADORES

OBJETIVO Conocer el comportamiento de un transformador, así como su constitución. MATERIAL Transformador. * Multímetro. Osciloscopio Protoboard Dos resistencias de 100 ohms a 9W – propuesto Fuente * Nota importante: Se recomienda que el transformador utilizado para el desarrollo de esta práctica sea el mismo que se utilizará para la fuente que se va a construir. Los datos que se deben saber de un transformador son: toma media, voltaje de salida e intensidad máxima que soporta. ACTIVIDADES Alimentar el transformador a la corriente de 125 – 220 V. En caso de que el transformador tenga una clavija para conectarse directamente a la alimentación, no será necesaria la fuente. Nota: en el transformador puede haber tensiones que pudieran ser peligrosas, no debe tocar las terminales del devanado primario Terminales de un transformador Nota: La figura muestra las terminales A, B, C del transformador.



Con el transformador al vacío – sin conectar nada a las terminales del secundario, conecte el osciloscopio y mida los valores eficaces de tensión entre sus terminales. Anote las lecturas realizadas. Desconecte el transformador de la alimentación y conecte una resistencia entre las terminales A y B, auxíliese del protoboard. Conecte de nuevo el transformador y repita los pasos 1 y 2. Desconecte el transformador de la alimentación y desconecte uno de los extremos de la resistencia. Alimente de nuevo y usando el multímetro mida la corriente que circula a través del devanado secundario. Anote la lectura. Desconecte el transformador de la alimentación y conecte las dos resistencias en paralelo con los puntos A y B. Repita los pasos 2 y 3. Desconecte el transformador de la alimentación y desconecte un extremo de cada resistencia. Volver a conectar a la red y, usando el multímetro, mida la intensidad que circula por el devanado secundario con las dos resistencias en paralelo. Anote la lectura realizada. Auxíliese de la siguiente tabla para tomar las medidas pedidas Transformador en vacío Medidas con el multímetro: VA -B = ______________ Vef VA -C = ______________ Vef VB -C = ______________ Vef

Medidas con el osciloscopio: VA -B = ______________ Vef VA -C = ______________ Vef VB -C = ______________ Vef

Transformador en carga con una resistencia de ______ ohms Medidas con el multímetro: VA -B = ______________ Vef VA -C = ______________ Vef VB -C = ______________ Vef


Intensidad en el secundario con una resistencia de ______ ohms I1 = __________________ mA Transformador en carga con dos resistencias de __________________ ohms Medidas con el multímetro: VA -B = ______________ Vef VA -C = ______________ Vef VB -C = ______________ Vef


Intensidad en el secundario con dos resistencias de ______ ohms I2 = __________________ mA



Elabore un reporte que contenga los resultados y la siguiente información: Definición de un transformador Funcionamiento de un transformador Constitución de un transformador Pérdidas en el de un transformador Tipos de transformadores Relación de transformación






PRÁCTICA NO. 7

IDENTIFICACIÓN DE COMPONENTES Y SOLDADURA OBJETIVO Conocer los diferentes componentes electrónicos que conforman a los circuitos, así como a soldar y desoldar a los mismos. MATERIAL

1. Tarjeta con componentes – de preferencia de desperdicio. 2. Multímetro y puntas 3. Manuales para identificar los componentes. 4. Cautín y soldadura 5. Fuente de alimentación – si es necesario. 6. Extractor – si es necesario

ACTIVIDADES 1. – Por simple inspección intente identificar los componentes que están montados en la tarjeta. 2. – Realice un dibujo a mano alzada de sus pistas. 3. – Convierta ese diagrama de pistas en un diagrama eléctrico 4. – Haciendo uso de un manual identifique los componentes, también puede auxiliarse del multímetro. Nota: Si pretende alimentar el circuito, es indispensable que sepa cuál es la función que realiza. En caso contrario no se recomienda alimentarlo porque podría dañarse. 5. – Antes de desoldar nada observe como están soldados los componentes. Nota: Hay soldaduras que no son hechas por la mano del hombre, sino por robots, no se preocupe si no le es posible hacer una de esa índole. 6.- Utilizando el cautín, desuelde una resistencia. Obtenga su valor con el multímetro para ver si no se ha dañado. Intente soldarla de nuevo



Nota: a primera instancia no será sencillo obtener un componente en buen estado y sin dañar las pistas, sin embargo la práctica de estos le permitirá mejorar su técnica. 7. – Desuelde más componentes. No olvide cuidar las pistas. 8.- Si llegó a dañar una pista, póngale un alma.

REPORTE Elabore un reporte que contenga lo siguiente: • Características de la soldadura de estaño • Características generales de un cautín. • Características de una buena soldadura • Experiencias adquiridas durante esta práctica • ¿Qué habilidades conoce referente a la soldadura blanda? • Conclusiones y recomendaciones.






PRÁCTICA NO. 8 EL DIODO Y SUS CARACTERÍSTICAS

OBJETIVO Conocer y obtener las características del diodo. MATERIAL 7. Un diodo de silicio 1N4001. 8. Una resistencia de 1 KΩ. 9. Fuente variable de 0 a 30V, 2A. 10. Multímetro con rango de medidas: de ųA y mA, mV y V en cc. ACTIVIDADES PRIMERA PARTE - Característica directa - Procedimiento: 1. Ajustar la fuente de alimentación a 0 V y mantenerla desconectada. 2. Montar en el protoboard el circuito mostrado en la siguiente figura:



3. Conectar la fuente de alimentación (F.A.) y leer la indicación en el multímetro.

Si no fuese 0 V ajustarla. 4. Leer la indicación del mA; que deberá ser 0 mA, puesto que V = 0. 5. Ajustar la F.A. a 0.1 V; medir los mA y anotar la lectura correspondiente a 0.1

V, y así sucesivamente para llenar la tabla correspondiente. Considere que realizará las mismas mediciones dos veces.

6. Una vez terminada la segunda lectura, calcule los valores promedios. Para construir la curva característica directa se hace lo siguiente: Tome al eje de las X como la tensión y el eje Y como intensidad. Haga esto para cada juego de medidas, es decir; habrán dos curvas, una que pertenece a las primeras mediciones y otra que corresponden al segundo juego de medidas. SEGUNDA PARTE - Característica inversa - 1. Ajustar la fuente de alimentación a 0 V y mantenerla desconectada. 2. Montar en el protoboard el circuito mostrado en la siguiente figura:

3. Conectar la fuente de alimentación (F.A.) y leer la indicación en el multímetro.

Si no fuese 0 V ajustarla. 4. Leer la indicación del mA; que deberá ser 0 mA, puesto que V = 0. 5. Ajustar la F.A. a 1 V; medir los mA y anotar la lectura correspondiente a 1 V, y

así sucesivamente para llenar la tabla correspondiente. Considere que realizará las mismas mediciones dos veces.

6. Una vez terminada la segunda lectura, calcule los valores promedios.

Para construir la curva característica inversa se sigue el mismo procedimiento que la anterior, la diferencia es que los valores caen en el tercer cuadrante.



Nota: para la gráfica puede usar papel milimétrico o un software, por ejemplo matlab.

REPORTE Elabore un reporte que contenga lo siguiente: • La gráfica y características técnicas del diodo 1N4001. Identifique las

diferentes zonas. • Los resultados obtenidos en esta práctica, junto con las gráficas solicitadas. • Compare la gráfica obtenida con la curva ideal del diodo ¿qué observa? • Conclusiones y recomendaciones.

GRAFICAS CARACTERÍSTICAS DEL DIODO

Valores obtenidos para la característica directa

1ª medida (mA) 2ª medida (mA) Medias [(1ª medida + 2ª medida) / 2]

0 V 0.1 V 0.2 V 0.3 V 0.4 V 0.5 V 0.6 V 0.7 V 0.8 V

Valores obtenidos para la característica inversa

1ª medida (mA) 2ª medida (mA) Medias [(1ª medida + 2ª medida) / 2]

1 V 1 V 2 V 3 V 4 V 5 V 6 V 7 V 8 V






PRÁCTICA NO. 9 RECTIFICADORES

OBJETIVO Construir rectificadores y conocer su comportamiento MATERIAL 1. Un transformador. * 2. Una resistencia de 1 KΩ. 3. Multímetro digital. 4. Puntas 5. Un osciloscopio * Nota importante: Se recomienda que el transformador utilizado para el desarrollo de esta práctica sea el mismo que se utilizará para la fuente que se va a construir. Los datos que se deben saber de un transformador son: toma media, voltaje de salida e intensidad máxima que soporta.

ACTIVIDADES PRIMERA PARTE

1. – Armar el circuito mostrado en la figura.



2. – Conectar el transformador y medir las tensiones de salida del transformador, del diodo y de la resistencia de carga (RL). 3. – Desconectar el transformador y conectar el osciloscopio y medir las tensiones del transformador, del diodo y de la resistencia de carga (RL). Cuide, en el caso de los diodos, en que puntos se conecta la sonda, ya que puede graficar invertida si no se conecta al cátodo de los diodos.

SEGUNDA PARTE 1. – Armar el circuito mostrado en la figura.

2.- Repita los puntos 2 y 3 de la PRIMERA PARTE.



TERCERA PARTE

1. – Armar el circuito mostrado en la figura.

2.- Repita los puntos 2 y 3 de la PRIMERA PARTE. Aquí una de las terminales de la sonda del osciloscopio se colocará en el punto D para medir la tensión de salida del transformador y la de los diodos D3 y D4 , que serán iguales a la tensión en los diodos D2 y D1 respectivamente. Para resistencia de carga el otro extremo debe estar en el punto donde se unen los dos ánodos de los diodos D1 y D3.

Tabla de medidas con el multímetro Rectificador De Media onda Con toma media Puente

D1 D2 D3 D4 RL VCD VED



Tabla de medidas con el osciloscopio Rectificador De Media onda Con toma media Puente

D1 D2 D3 D4 RL VCD VED

CUARTA PARTE

Realizar las siguientes gráficas, considere que todas son V (voltaje, volts) contra t (tiempo, ms). Auxíliese del osciloscopio o del multímetro. Tensiones con el rectificador de media onda a) Tensión VCD. b) Tensión en el diodo c) Tensión en RL Tensiones con el rectificador de toma media a) Tensión VCD. b) Tensión en RL. c) Tensión en el diodo D1. d) Tensión en el diodo D2. Tensiones con el rectificador de puente a) Tensión VCD. b) Tensión en RL. c) Tensión en los diodos D1 y D4. d) Tensión en los diodos D2 y D3.

INVESTIGACIÓN 1. - ¿Cuál de las puntas del osciloscopio es la masa?

REPORTE Realice un reporte que contenga lo siguiente: • Resultados y gráficas obtenidas. • Conclusiones y recomendaciones.






PRÁCTICA NO. 10 TRANSISTORES

OBJETIVO Analizar el comportamiento de un transistor. MATERIAL 6. Un transistor BC108 o equivalente. 7. Cuatro resistencias: R1 = 12 kΩ, R2 =1.8 kΩ, R2 = 820 Ω, R3 =180Ω. 8. Dos capacitores: C1 = 10 ųF, C2 = 100 ųF a 10V. 9. Fuente de alimentación. 10. Generador de funciones. 11. Un osciloscopio de doble canal. ACTIVIDADES 1.- Ajuste la fuente a 10 V y apáguela. 2.- Ajuste el generador de funciones para suministrar 1000 Hz y 0.1 V aproximadamente y páguelo. 3.- Arme en la tableta el siguiente circuito.



3.- Conecte la fuente de alimentación a las terminales correspondientes del circuito. Tenga mucho cuidado con las polaridades y recuerde que el generador y la fuente deben permanecer apagados. 4.- Conectar la salida del generador a las terminales de entrada del circuito. 5.- Prenda el osciloscopio. 6.- Conecte las puntas del canal 1 del osciloscopio a la entrada del circuito. Cuide de conectar la masa al negativo. 7.- Conecte el canal 2 a la salida del circuito. Cuide de conectar la masa al negativo. 8.- Encienda la fuente y el generador. 9.- Ajuste el osciloscopio para conseguir una visualización correcta y sin distorsiones, procure que la salida sea una forma de onda senoidal. 10.- Obtenga los datos pedidos en la tabla.

Tabla de medidas del transistor Forma de onda obtenida con el osciloscopio

Entrada Salida

Vpp

Vef

INVESTIGACIÓN

1. – Busque otro circuito con una aplicación concreta que requieran transistores bipolares.

REPORTE Realice un reporte que contenga lo siguiente: • Resultados. • Conclusiones y recomendaciones.






PRÁCTICA NO. 11

MONTAJES BÁSICOS DEL TRANSISTOR OBJETIVO Construir los montajes básicos del transistor. MATERIAL Para la base común: 12. Una resistencia de 18 KΩ (R1). 13. Una resistencia de 10 KΩ (R2). 14. Una resistencia de 1 KΩ (R3). 15. Una resistencia de 680Ω (R4) 16. Tres condensadores de 100 ųF (C1, C2 y C3). 17. Un transistor 2N3055 (T1) – o equivalente. 18. Un transistor BDX18 (T’1) – o equivalente. Para el emisor común: 1. Una resistencia de 18 KΩ (R1). 2. Una resistencia de 8 KΩ (R2). 3. Una resistencia de 1 KΩ (R3). 4. Dos condensadores de 47ųF (C1 y C2). 5. Un transistor BC108 (T1) – o equivalente. 6. Un transistor BC177 (T’1) – o equivalente.



Para el colector común. 1. Dos resistencias de 68 KΩ (R1 y R2). 2. Un transistor BC108 (T1) – o equivalente. 3. Un transistor BC177 (T’1) – o equivalente. 4. Una resistencia de 2 KΩ (R3). 5. Dos condensadores de 47ųF (C1 y C2). Instrumentos necesarios: 1. Fuente de alimentación que suministre 12V. 2. Multímetro digital. 3. Osciloscopio de doble canal. 4. Generador de funciones capaz de suministrar 100 KHz y de 0 a 2 VPP

. ACTIVIDADES 1. Armar los circuitos acorde a los diagramas siguientes, considere que es son

independientes entre sí y que además se deben analizar en ambos casos NPN yPNP.

Montaje para la base común

Montaje para el emisor común



Montaje para el colector común

2. Conectar la fuente de alimentación y, sin conectar ningún circuito, ajustarla para suministrar 10 o 12 V.

3. Ajustar el generador de funciones a 1000 Hz. 4. Conecte el osciloscopio de manera que este pueda realizar el análisis. 5. Inicie el análisis con el circuito base común, conectando este a la fuente de

alimentación. Nota: En realidad se puede empezar el análisis con el cualquier circuito, sin embargo para efector teóricos se tomará como lo expuesto anteriormente.

6. Conecte la salida del generador a la entrada del circuito a analizar. 7. Conecte el canal 1 a la entrada del circuito, y la entrada del canal 2 a la salida

del mismo. Nota: No olvide conectar las masas del osciloscopio al negativo.

8. Alimentar el circuito. Situé el control de amplitud del generador en cero, aumentar progresivamente la amplitud hasta que en el osciloscopio se observe una señal de salida con máxima amplitud sin distorsión. Nota: No olvide llenar las tablas con las medidas y visualizaciones pedidas, cuide de que montaje se trata y de si NPN o PNP.

9. Una vez realizado lo anterior, desconecte del circuito todos los instrumentos para analizar el mismo circuito pero con un transistor PNP. Nota: No olvide cambiar la polarización del los capacitores C1 y C2.

10. Repetir todo el proceso del punto 5 al 8, tanto NPN como para PNP, para el circuito emisor común.

11. Repetir todo el proceso del punto 5 al 8, tanto NPN como para PNP, para el circuito colector común.

REPORTE

Realice un reporte que contenga lo siguiente: • Resultados y gráficas obtenidas. • Conclusiones y recomendaciones.



TABLAS Análisis del montaje Base Común con un transistor NPN

Entrada Salida Vef medida con el multímetro:

Vpp medida con el osciloscopio:

Forma de onda:

Intensidad de base sin señal de entrada:

Intensidad del colector sin señal de entrada:

Intensidad de base con señal de entrada:

Intensidad del colector con señal de entrada:

Análisis del montaje Base Común con un transistor PNP

Entrada Salida Vef medida con el multímetro:


Forma de onda:







Análisis del montaje Emisor Común con un transistor NPN Entrada Salida Vef medida con el multímetro:


Forma de onda:





Análisis del montaje Emisor Común con un transistor PNP Entrada Salida Vef medida con el multímetro:


Forma de onda:







Análisis del montaje Base Colector con un transistor NPN Entrada Salida Vef medida con el multímetro:


Forma de onda:





Análisis del montaje Colector Común con un transistor PNP Entrada Salida Vef medida con el multímetro:


Forma de onda:







Bibliografía 1. Sedra/Smith, Circuitos Microelectrónicos, editorial OXFORD UNIVERSITY PRESS

2. Boylestad/Nashelsky, Electrónica Teoría De Circuitos, Prentice Hall Hispanoamericana, S.A.

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