Transitor: Corte y saturación

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Objetivos

Al terminar este capítulo, se estará en capacidad de:

Explicar el funcionamiento de un transistor como interruptor y sus diferencias con un amplificador lineal de transistores.

Calcular el valor de las resistencias necesarias para que el transistor opere como interruptor.

Explicar las ventajas de algunas variantes comunes del circuito básico del transistor como interruptor.

Discutir el uso del transistor como interruptor, en circuitos indicadores e interfaces.

 

EL TRANSISTOR COMO INTERRUPTOR.

Además de su uso en amplificadores para señales variables en el tiempo, el transistor puede ser usado como interruptor. El transistor no duplica.

 

Exactamente la acción de un interruptor de contactos mecánicos, pero presenta ventajas sobre estos. La figura anterior muestra un diagrama esquemático donde el transistor es empleado como interruptor.

La figura anterior muestra la resistencia de carga colocada en el círculo del colector y en serie con este.

El voltaje de centrada Vin  determina cuando el transistor como interruptor se encuentra abierto.

Impidiendo el flujo de corriente.

Cuando Vin es un voltaje bajo, no hay flujos de corriente por la unión base-emisor.

Con una corriente de base nula, no hay flujo de corriente de colector, y por tanto, no circulara corriente por la carga.

Bajo esta condición el transistor opera como un interruptor abierto en serie con la carga.

Cuando el transistor opera de esta manera se dice que está CORTADO o EN CORTE.

 

CÁLCULOS RELACIONADOS CON EL TRANSISTOR COMO INTERRUPTOR.

Cuando el transistor como interruptor se supone EN CORTE, Vin  debe encontrarse por debajo de 0,6 V si el transistor es de silicio.

Esto asegura que no fluye corriente de base al transistor, porque se necesita como mínimo 0,6V de paralización directa de la unión base-emisor para que existen corriente a través de ella.

Para garantizar el CORTE del transistor, los circuitos de conmutación se diseñan de modo que Vin sea menor a 0,30V cuando el transistor se supone EN CORTE.

Si el terminal de entrada se lleva a tierra lo más probable es que el transistor se corte.

Para energizar (dar corriente a) la carga, el transistor debe operar como un interruptor cerrado. Esto se consigue elevando Vin a un valor suficientemente alto para llevar el transistor a saturación.

La condición de saturación es aquella en la cual la corriente de colector es lo suficientemente grande para que el voltaje de alimentación, Vin aparezca en los terminales de la resistencia de carga, idealmente, esta corriente de colector está dada por la expresión:

Que es la ley de Ohm aplicada al circuito del colector. La corriente de base viene dada por la expresión:

La cual relaciona las corrientes directas del colector y base.

El termino beta   de la ecuación anterior significa: (ganancias de corrientes directas) del transistor en oposición al . El y el pueden ser diferentes en algunos transistores.

De todas maneras, para cerrar el interruptor Vin debe ser suficiente, para entregar la cantidad de corriente de base necesaria de acuerdo con la ecuación anterior. Dado que el circuito de base es simplemente una resistencia en serie con la unión base-emisor, Vin puede calcularse a partir de:

 

Si el voltaje de la base es igual al dado por la ecuación anterior, el transistor opera como un interruptor cerrado y la totalidad del voltaje de alimentación es aplicado a la carga.

En resumen, un transistor puede operar como un interruptor mecánico en serie con la carga; esto significa que la acción de abrir o cerrar el interruptor mecánico.

Para evitar confusiones, los transistores usados como interruptor en este capítulo, son del tipo NPN. Ciertamente, los transistores del tipo PNP pueden ser igualmente usados, pero son menos frecuentes.

 

Ejemplo: Refiérase a la figura siguiente ¿Cuál es la magnitud del voltaje de entrada necesario para cerrar el interruptor (saturar el transistor)? ¿Cuánta corriente circula por la carga cuando esto sucede? ¿Cuál es la magnitud de la corriente de base necesaria?

Transistor usado para encender y apagar una lampara

 

SOLUCIÓN EN SATURACIÓN.

En saturación, la totalidad de la fuente de alimentación es aplicada a la carga de modo que:

El voltaje de entrada está dado por:

 

El ejemplo muestra que una gran corriente de carga. 1.5 A. puede ser con mutada por pequeños valores de voltaje y corriente de una entrada.

Contrariamente a lo que podría esperarse, el transistor utilizado no es necesariamente un transistor de potencia utilizado no es necesariamente un transistor de potencia montado en un disipador. Porque la gran cantidad de corrientes del colector viene acompañada por un voltaje colector-emisor muy bajo e inclusive cero y así la potencia disipada ( el producto de la corriente de colector por el voltaje colector-emisor) es pequeña.

                       

COMPARACIÓN DEL TRANSISTOR COMO INTERRUPTOR CON UNA INTERRUPTOR MECÁNICO.

Hasta ahora la discusión de la operación del transistor como interruptor se ha hecho suponiendo que se comporta como un cortocircuito cuando esta cerrado.

Esto no es del todo cierto.

El transistor no puede saturarse hasta el punto de que le voltaje colector-emisor, Vce(sat)  de alrededor 0,2 V. los transistores de conmutación tiene un bajo V ce (sat) generalmente del orden de 0,1 V para valores razonables de corrientes de carga.

Para valores altos de corrientes de carga Vce tiende a aumentar un poco.

En poco En la gran mayoría de los cálculos, no es necesario considerar el valor de Vce(sat) pero es importante estar consciente de su magnitud cuando se hace mediciones en circuitos de conmutación.

Esta pequeña caída de voltaje es la principal desventaja del transistor como interruptor frente a un interruptor mecánico.

Por ejemplo, los contactos de los relés comúnmente se conectan en serie entre ellos y con otros interruptores, como se hace con los interruptores mecánicos.

Por ejemplo, los contactos de los relés comúnmente se conectan en serie entre ellos y con transistores, figura 1-3(b) no es una suman y producen una caída de voltaje apreciable.

Sin embargo, el transistor como interruptor puede operar en paralelo tal como se muestra el la figura.

Los transistores presentan algunas ventajas sobre los interruptores mecánicos convencionales.

TRANSISTOR EN CORTE­-SATURACION COMO SUICHE.

                                                                 

ACTIVIDAD.

Implementar el siguiente circuito para controlar el encendido y apagado de una bombilla eléctrica por medio de un transistor y un relé.

SOLUCIÓN.

MONTAJE EN EL PROTOBOARD.

REGRESAR A ELECTRÓNICA BÁSICA.

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