aula virtualvirtual.usalesiana.edu.bo/web/contenido/dossier/12012… · web viewun transistor de...
TRANSCRIPT
UNIDAD IConducción en Semiconductores
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
UNIDAD IIDiodos Semi
conductores
11
12
13
Multiplicadores de tensión14
Doblador de tensión
Doblador de tensión de onda completa
Triplicador
Cuadriplicador
A veces hay cargas que necesitan una tensión muy alta y que absorben una corriente pequeña
EJEMPLO: Tubo de rayos catódicos (TV, monitor de ordenador, osciloscopio).
Entonces hay que elevar la tensión de la red. Primero se pone un transformador elevador con todos los diodos y condensadores que necesite.
Y tenemos un rizado casi nulo.
El mayor problema es que el transformador elevador sería muy voluminoso porque necesitaría muchas espiras, además el campo eléctrico sería grande, VIP del diodo también (VIP = 2Vpico = 2·933 = 1833 V en inversa), mucha tensión en el C, etc...
Por eso no se usa un transformador elevador sino que se utiliza un multiplicador de tensión. Hay varios tipos de multiplicadores de tensión, nosotros analizaremos estos cuatro:
El Doblador de tensión El Doblador de tensión de onda completa El Triplicador El Cuadriplicador
Doblador de tensión
15
Para comenzar a analizar este tipo de circuitos es interesante tener en cuenta este truco.
Truco: Empezar en el semiciclo (malla) donde se cargue un solo condensador.
Entonces nos queda de esta forma si ponemos la carga en C2:
La masa se coloca en la borna negativa del condensador
Y se carga C2 a 622 V. Y como se ve, si se conectan las bornas a C2, esto es un doblador de tensión. Como la corriente de descarga es pequeña, el C2 se descarga despacio con una constante de tiempo de valor:
Resumiendo tenemos:
16
Como es de 50 Hz se puede decir que es un "Doblador de tensión de media onda". Si cambiamos un poco el circuito tendremos otro ejemplo:
Doblador de tensión de onda completa
Quitamos la carga para analizarlo. Pulsar doblemente el la imagen para ver su comportamiento:
17
Como ya se ha dicho antes empezamos por donde halla un solo condensador.
Si representamos VL en función del tiempo.
Primero uno luego el otro, se van turnando los 2 condensadores, como cada uno es de 50 Hz los 2 a la vez son 100 Hz.
Este circuito tiene una ventaja respecto al anterior: El rizado es más pequeño. La desventaja radica en que no sabemos donde colocar la masa, en el caso anterior lo teníamos fácil, pero ahora si ponemos debajo de RL no hay ninguna borna de la red a masa.
Si conectamos una carga también a masa puede haber un cortocircuito. Hay que andar con cuidado al usar ese circuito.
Triplicador
Al de media onda se le añade algo.
18
El principio es idéntico: Semiciclo negativo se carga C1, semiciclo positivo se carga C2 a 622 V, semiciclo negativo se carga C3 a 622 V, 2 veces el pico.
Ahora elegimos las bornas para sacar:
Con esto se puede hacer un doblador y un triplicador dependiendo de donde se colocan las bornas. Y tenemos 933 V a la salida.
El truco consiste en que la constante de tiempo de descarga sea:
Y si a este circuito se le añade una etapa más (diodo y condensador) se convierte en un cuadriplicador.
Cuadriplicador
Es como los anteriores, y la tensión se toma como se ve en la figura:
Simulación
Es un cuadriplicador de tensión de media onda.
19
Los diodos se suponen ideales (1ª Aproximación).
Solo hay que pulsar la tecla "Empezar" y comenzara el proceso de carga de los diodos en sucesivos circuitos equivalentes. Se puede observar si los diodos están en ON o en OFF, al igual que se ve el valor de la carga de los condensadores.
Si se pulsa el botón de "Pausa", el proceso se congelara hasta que pulsemos "Continua".
Aplicación: Estos circuitos que hemos visto sirven para conseguir unas tensiones grandes y por ello se pueden usar en los "Tubos de Rayos Catódicos".
Los electrones deben ser acelerados para chocar con la pantalla a una velocidad muy grande, se excita un electrón de fósforo y al volver cede energía en forma de luz. Para acelerar los electrones hace falta una tensión muy grande para que cojan velocidad
20
UNIDAD IIITransistores Bipolares
Conceptos y definicionesFundamentales
- Unión npn
21
Conceptos y definicionesFundamentales
Conceptos y definicionesFundamentales
Modelos Evers – MollTransistores npn y pnp
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
Funcionamiento de transistor comoDispositivo analógico y digital.
Aplicación digital. Interruptor
Circuitos con transistores
La fuente bipolar en base de par complementario
35
Circuitos con transistoresAmplificador Diferencial
Circuitos con transistores
La compuerta AND
Circuitos con transistores
Flip - Flop
36
UNIDAD IVTransistores de Efecto de Campo
Los transistores más conocidos son los llamados bipolares (NPN y PNP), llamados así
porque la conducción tiene lugar gracias al desplazamiento de portadores de dos
polaridades (huecos positivos y electrones negativos), y son de gran utilidad en gran
número de aplicaciones pero tienen ciertos inconvenientes, entre los que se encuentra su
impedancia de entrada bastante baja.
Existen unos dispositivos que eliminan este inconveniente en particular y que pertenece
a la familia de dispositivos en los que existe un solo tipo de portador de cargas, y por
tanto, son unipolares. Se llama transistor de efecto campo.
Un transistor de efecto campo (FET) típico está formado por una barrita de material p ó
n, llamada canal, rodeada en parte de su longitud por un collar del otro tipo de material
que forma con el canal una unión p-n.
En los extremos del canal se hacen sendas conexiones óhmicas llamadas
respectivamente sumidero (d-drain) y fuente (s-source), más una conexión llamada
puerta (g-gate) en el collar.
La figura muestra el croquis de un FET con canal N
37
Simbolos gráficos para un FET de canal N
Simbolos gráficos para un FET de canal P
Disposición de las polarizaciones para un FET de canal N.
La Figura muestra un esquema que ayudará a comprender el funcionamiento de un
FET. En este caso se ha supuesto que el canal es de material de tipo N.
38
La puerta está polarizada negativamente respecto a la fuente, por lo que la unión
P-N entre ellas se encuentra polarizada inversamente y existe (se crea) una capa
desierta.
Si el material de la puerta está más dopado que el del canal, la mayor parte de la
capa estará formada por el canal. Si al tensión de la puerta es cero, y Vds = 0, las capas
desiertas profundizan poco en el canal y son uniformes a todo lo largo de la unión.
Si Vds se hace positiva ( y Vgs sigue siendo cero) por el canal circulará una
corriente entre sumidero y fuente, que hará que la polarización inversa de la unión no
sea uniforme en toda su longitud y, en consecuencia, en la parte más próxima al
sumidero, que es la más polarizada, la capa desierta penetrará más hacia el interior del
canal.
Para valores pequeños de Vds, la corriente de sumidero es una función casi lineal
de la tensión, ya que la penetración de la capa desierta hacia el interior del canal no
varía substancialmente de su valor inicial. Sin embargo, a medida que aumenta la
tensión aumenta también la polarización inversa, la capa desierta profundiza en el canal
y la conductancia de éste disminuye. El ritmo de incremento de corriente resulta, en
consecuencia, menor y llega un momento en que el canal se ha hecho tan estrecho en las
proximidades del sumidero que un incremento de Vds apenas tiene efecto sobre la
corriente de sumidero. Entonces se dice que el transistor está trabajando en la zona de
estricción (pinch-off), nombre cuyo origen se evidencia en la figura anterior,
llamándose tensión de estricción Vp a la del punto de transición entre el
comportamiento casi lineal y el casi saturado.
39
Si a la puerta se le aplica una polarización negativa estacionaria, la capa desierta
penetra más en el interior que con la polarización nula; por tanto, para pasar a la zona de
estricción se necesita menos tensión de sumidero. El aumentar la polarización negativa
permite tener la transición a la zona de estricción a corrientes de sumidero aún
inferiores.
El funcionamiento del FET se basa en la capacidad de control de la conductancia
del canal por parte de la tensión de puerta y, como la unión puerta-canal se encuentra
siempre polarizada inversamente, el FET es por esencia un elemento de alta impedancia
de entrada.
PARAMETROS DEL FET
La corriente de sumidero Id es función tanto de la tensión de sumidero Vds como
de la puerta Vgs. Como la unión está polarizada inversamente, suponemos que la
corriente de puerta es nula, con lo que podemos escribir:
Ig = 0 e Id = ƒ(Vds, Vgs)
En la zona de estricción (saturación) en que las características son casi rectas (en el
gráfico, son horizontales, pero en realidad tienen una pendiente positiva) podemos
escribir la respuesta del transistor para pequeños incrementos de Vds y Vgs en esta
forma
40
El parámetro rd se llama resistencia diferencial del sumidero del FET, y es la
inversa de la pendiente de la curva. Que como en el gráfico, dicha pendiente es cero (en
la realidad, como se ha mencionado antes existe algo de pendiente), entonces la rd es
infinita (muy grande).
El parámetro gm se le denomina conductancia mutua o transconductancia, y es igual a
la separación vertical entre las características que corresponden a diferencias de valor de
Vgs de 1 voltio.
TIPOS DE FETs.
Según sea la construcción del electrodo de control (gate), se conocen principalmente
dos clases de FET: Los de juntura (unión PN entre el cuerpo principal y el cilindro para
el campo electrostático) y los de compuesta aislada.
Los de juntura (JFET) son los que se explicaron inicialmente, bastante sensibles a los
cambios de temperatura, pero muy buenos para el manejo de altas frecuencias y señales
muy débiles. Los de compuerta aislada (MOS FET) tienen un electrodo de control
metálico, aislado del canal mediante una delgada capa de dióxido de silicio, de la que se
deriva el nombre MOS (Metal-Oxido-semiconductor). Se emplean en aplicaciones de
conmutación de corrientes, tales como los circuitos digitales de calculadoras,
computadoras, etc.
PRECAUCIONES:
Con los transistores FET hay que tener cuidados especiales, pues algunas referencias se
dañan con solo tocar sus terminales desconectadas (Estática). Por tal motivo, cuando
nuevos traen sus patas en corto-circuito mediante una espuma conductora eléctrica o
con algo metálico, esto no se debe quitar hasta que estén soldados en la tableta de
circuito impreso, hecho esto ya no hay problema.
41
UNIDAD VAmplificador Operacional
Operaciones matemáticas
Adición Sustracción Diferenciación Integración
Zi y Zf son las impedancias constituidas por R, L, y C o una combinación de los
mismos.
Se tiene que
VR = iR, VL = L di/dt = Lsi, VC = 1/C ∫idt = i/Cs
donde s = d/dt – operador laplaciano.
Entonces tenemos Zi(s) y Zf(f).
Considerando despreciable el valor ii y i1 = i2 conseguimos la ecuación para la
ganancia A = - V2/V1.
Luego con los diferentes arreglos de los circuitos con
amplificador con y sin la retroalimentación logramos
varias funciones matemáticas antes citadas. Con la
presencia de los componentes reactivos C y L en la
impedancia obtenemos integrador y diferenciador.
42
Entre otras aplicaciones de Amplificador Operacional está Comparador y Inversor.
El amplificador operacional puede trabajar en las siguientes configuraciones:
Comparador. Inversor Amplificador. Sumador. Sustractor. Diferenciador. Integrador.
La función del amplificador operacional en la modalidad del amplificador se estudio en el caso de Central Telefónica IRIA.
La función del comparador ha sido analizada en el circuito de relay y sensor de temperatura.
Las funciones de diferenciador e integrador se las realiza con los componentes reactivos (bobina y capacitor) utilizando conceptos de retroalimentación negativa.
El sumador se realiza colocando a la entrada negativa un arreglo de resistores y diferentes voltajes a sumarse. El amplificado Operacional basa su funcionamiento en la diferencia de tensiones aplicadas a sus terminales.
43