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1.6 amplificacin y conmutacin con transistores BJTUn amplificador operacional (comnmente abreviado A.O., op-amp u OPAM), es un circuito electrnico (normalmente se presenta como circuito integrado) que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia):

ESTRUCTURA INTERNA

Los terminales son: - V+: entrada no inversora - V-: entrada inversora - VOUT: salida - VS+: alimentacin positiva - VS-: alimentacin negativa

Los terminales de alimentacin pueden recibir diferentes nombres, por ejemplos en los A.O. basados en FET VDD y VSS respectivamente. Para los basados en BJT son VCC y VEE.

Configuraciones

Comparador

Seguidor

No inversor

Sumador inversor

Restador Inversor

Comparador

Esta es una aplicacin sin la retroalimentacin. Compara entre las dos entradas y saca una salida en funcin de qu entrada sea mayor. Se puede usar para adaptar niveles lgicos.

Seguidor

Es aquel circuito que proporciona a la salida la misma tensin que a la entrada.Se usa como un buffer, para eliminar efectos de carga o para adaptar impedancias (conectar un dispositivo con gran impedancia a otro con baja impedancia y viceversa)Como la tensin en las dos patillas de entradas es igual: Vout = Vin Zin =

- Presenta la ventaja de que la impedancia de entrada es elevadsima, la de salida prcticamente nula

No inversorEl voltaje de entrada, ingresa por el pin positivo, pero como conocemos que la ganancia del amplificador operacional es muy grande, el voltaje en el pin positivo es igual al voltaje en el pin negativo y positivo, conociendo el voltaje en el pin negativo podemos calcular la relacin que existe entre el voltaje de salida con el voltaje de entrada haciendo uso de un pequeo divisor de tensin.Zin = , lo cual nos supone una ventaja frente al amplificador inversor.

Sumador inversorLa salida est invertidaPara resistencias independientes R1, R2,... Rn La expresin se simplifica bastante si se usan resistencias del mismo valorImpedancias de entrada: Zn = Rn

Restador InversorPara resistencias independientes R1,R2,R3,R4: Igual que antes esta expresin puede simplificarse con resistencias igualesLa impedancia diferencial entre dos entradas es Zin = R1 + R2Cabe destacar que este tipo de configuracin tiene una resistencia de entrada baja

Amplificador diferencial.Es un amplificador con dos entradas, dos alimentaciones (positiva y negativa con respecto a masa), y una o dos salida.Como tensiones de salida Vs pueden tomarse: Vc1, Vc2 o Vc2-Vc1 (salida flotante)El amplificador diferencial tiene por objeto amplificar la diferencia entre las tensiones aplicadas a sus entradas, proporcionando una salida Vs que no est influida (en pequea medida) por cualquier tensin comn a las seales de entrada.siendo D la amplificacin o ganancia.

Alimentacin.El amplificador operacional puede ser polarizado, tanto con tensiones simples cmo con tensiones simtricas, si utilizamos tensiones simples, a la salida no podremos conseguir valores menores de 0V. EL valor de estas tensiones no suele ser fijo, dando los fabricantes un margen entre un mximo y un mnimo, no teniendo ninguna consecuencia en el funcionamiento del amplificador, el valor de tensin que se escoja, nicamente las tensiones de salida nunca superaran las tensiones de alimentacin.

EL BJT EN CONMUTACIN

Los circuitos de conmutacin son aquellos en los que el paso debloqueo a saturacin se considera inmediato, es decir, el transistor nopermanece en la zona activa. Los circuitos tpicos del transistor en conmutacin son los multivibradores y la bscula de Schmitt. Los multivibradores se aplican en los sistemas electrnicos detemporizacin, generacin de seales cuadradas, intermitencias, etc. Las bsculas de Schmitt tienen su principal aplicacin en sistemas dedeteccin que utilizan sensores, de forma que se comporta como uninterruptor activado por las variaciones de algn parmetro fsicodetectado por el sensor. El transistor BJT en CORTE. El transistor BJT en SATURACION.1.7 caractersticas, funcionamiento y aplicacin de transistores de efecto de campo (fet) y mosfetQue es un transistor FETEltransistor FETes un dispositivo semiconductor que controla un flujo decorrientepor un canal semiconductor, aplicando uncampo elctricoperpendicular a la trayectoria de la corriente.Eltransistor FETest compuesto de una parte de silicio tipo N, a la cual se le adicionan dos regiones con impurezas tipo P llamadas compuerta (gate) y que estn unidas entre si.

COMPARACIN ENTRE UN BJT Y FETTransistor BJTTransistor FETEs un dispositivo controlado por corriente.Es un dispositivo controlado por voltajeExisten dos tipos de transistores bipolares: NPN y PNP.Existen dos transistores de efecto de campo: de FET de canal N y canal P.Es un dispositivo bipolar, esto es, la conduccin esta en funcin de dos tipos de portadores: electrones y huecos.Es un dispositivo unipolar, la conduccin esta en funcin de electrones(canal N) o bien de huecos(canal P).La impedancia de entrada es mnima.Tiene una impedancia de entrada , con niveles de 1 hasta cientos de megaohms, lo cuales una caracterstica muy importante para su diseo.Tiene mayor sensibilidad en su salida a cambio en su variable de entrada, por tanto tiene una ganancia de voltaje en ca.Tiene menor sensibilidad en su salida respectivo a su variable de entrada.Son inestables , cambios en la temperatura.Son mas estables a cambios en la temperatura , lo cual hace prcticamente til en el diseo de circuitos integradosCLASIFICACIN DEL TRANSISTOR FETLos FETS se clasifican en FETS de canal-n y FETS de canal-p de acuerdo al tipo de material de la regin central de este dispositivo.

Con respecto a su construccin y material de dopado, los FETS se clasifican en:El transistor de efecto de campo de unin, JFET (Junctin Field Transistor)El transistor de efecto de campo metal-xido semiconductor, MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor. Que a su vez se divide en dos tipos

MOSFET de tipo decrementalMOSFET de tipo incremental

El MOSFET se ha convertido en uno de los dispositivos ms utilizados en el diseo y construccin de circuitos integrados para computadoras digitales, en parte debido a su estabilidad trmica.

Diferencia entre BJT y MOSFET

Transistor bjtBJT es un transistor bipolar de juntura.Un BJT tiene un emisor, colector y la baseBJT se prefieren para aplicaciones de baja corriente.La operacin de BJT es depende de la corriente en la base.

TRANSISTOR MOSFETMOSFET es un transistor Metal Oxide Semiconductor Field-Efecto.un MOSFET tiene una puerta, fuente y el drenaje.los MOSFET son para funciones de alta potencia.El funcionamiento del MOSFET depende de la tensin en el electrodo de puerta de aislamiento de xido.

Diferencia entre un transistor BJT y MOSFETPartes de un transistor FETLos terminales de este tipo de transistor se llaman Drenador (drain), Fuente (source) y el tercer terminal es la compuerta (gate) que ya se conoce.La regin que existe entre el drenador y la fuente y que es el camino obligado de los electrones se llama "canal". La corriente circula de Drenaje (D) a Fuente (S).

Polarizacin de un transistor FETEste tipo detransistorse polariza de manera diferente al transistor bipolar. Elterminalde drenaje se polariza positivamente con respecto alterminalde fuente (Vdd) y la compuerta o gate se polariza negativamente con respecto a la fuente (-Vgg).A mayor voltaje -Vgg, ms angosto es elcanaly ms difcil para la corriente pasar delterminaldrenador (drain) al terminalfuente o source. La tensin -Vgg para la que el canalqueda cerrado se llama "punch-off" y es diferente para cadaFETEltransistordejunturabipolar es un dispositivo operado por corriente y requieren que halla cambios en la corriente de base para producir cambios en la corriente decolector. El transistorFETes controlado portensiny los cambios en tensin de la compuerta (gate) a fuente (Vgs) modifican la regin de rarefaccin y causan que vare el ancho delcanal.

Fundamento de transistores de efecto de campo:Los transistores son tres zonas semiconductoras juntas dopadas alternativamente con purezas donadoras o aceptadoras de electrones.Su estructura y representacin se muestran en la tabla.

Modelo de transistor FET canal n

Modelo de transistor FET canal p

Las uniones Puerta-Drenador y la Surtidor-Puerta estn polarizadas en inversa de tal forma que no existe otra corriente que la inversa de saturacin de la unin PN.La zona n (en el FET canal n) es pequea y la amplitud de la zona de deplexin afecta a la longitud efectiva del canal. La longitud de la zona de deplexin y depende de la tensin inversa (tensin de puerta).

Curva caracterstica del transistor FET

Este grficomuestraque al aumentar el voltaje Vds (voltaje drenador - fuente), para un Vgs (voltaje de compuerta) fijo, la corriente aumenta rpidamente (se comporta como una resistencia) hasta llegar a un punto A (voltaje de estriccin), desde donde la corriente se mantiene casi constante hasta llegar a un punto B (entra en la regin de disrupcin o ruptura), desde donde la corriente aumenta rpidamente hasta que eltransistorse destruye.Si ahora se repite este grfico para ms de un voltaje de compuerta asurtidor(Vgs), se obtiene unconjuntode grficos. Ver que Vgs es "0" voltios o es una tensin de valor negativo.Si Vds se hace cero por eltransistorno circular ninguna corriente. (ver grficos a la derecha)

Ver grfico de la curva caracterstica de transferencia de untransistorFETdecanaltipo P en el grfico inferior derecha. La frmula es: ID = IDSS (1 - [Vgs / Vgs (off)] )

donde:- IDSS es el valor de corriente cuando la Vgs = 0- Vgs (off) es el voltaje cuando ya no hay paso de corriente entre drenaje y fuente (ID = 0)- Vgs es el voltaje entre entre la compuerta y la fuente para la que se desea saber ID

Entre las principales aplicaciones de este dispositivo podemos destacar:APLICACINPRINCIPAL VENTAJAUSOSAislador o separador (buffer)Impedancia de entrada alta y de salida bajaUso general, equipo de medida, receptoresAmplificador de RFBajo ruidoSintonizadores de FM, equipo para comunicacionesMezcladorBaja distorsin de intermodulacinReceptores de FM y TV,equipos para comunicacionesAmplificador con CAGFacilidad para controlar gananciaReceptores, generadores de sealesAmplificador cascodoBaja capacidad de entradaInstrumentos de medicin, equipos de pruebaTroceadorAusencia de derivaAmplificadores de cc, sistemas de control de direccinResistor variable por voltajeSe controla por voltajeAmplificadores operacionales, rganos electrnicos, controlas de tonoAmplificador de baja frecuenciaCapacidad pequea de acoplamientoAudfonos para sordera, transductores inductivosOsciladorMnima variacin de frecuenciaGeneradores de frecuencia patrn, receptoresCircuito MOS digitalPequeo tamaoIntegracin en gran escala, computadores, memoriasVentajas del FET1) Son dispositivos controlados portensincon unaimpedanciadeentradamuy elevada (107a 1012ohmios).2) LosFETgeneran un nivel de ruido menor que losBJT.3) LosFETson ms estables con latemperaturaque losBJT.4) LosFETson ms fciles de fabricar que los BJT pues precisan menos pasos y permiten integrar ms dispositivos en un CI.5) LosFETse comportan comoresistenciascontrolados por tensin para valores pequeos de tensin drenaje-fuente.6) La altaimpedanciadeentradade losFETles permite retener carga el tiemposuficiente parapermitir su utilizacin como elementos de almacenamiento.7) LosFETde potencia pueden disipar una potencia mayor y conmutarcorrientesgrandes.

Desventajas que limitan la utilizacin de los FET1) LosFETpresentan una respuesta en frecuencia pobre debido a la alta capacidad deentrada.2) LosFETpresentan una linealidad muy pobre, y en general son menos lineales que los BJT.3) LosFETse pueden daar debido a laelectricidad esttica.En este apartado se estudiarn brevemente las caractersticas de ambos dispositivos orientadas principalmente a sus aplicaciones analgicas.