Transistores en Conmutación: Funcionamiento y Aplicaciones

El transistor en conmutación: tiene una tensión de salida baja o alta, o en otras palabras, no se emplea ningún punto Q que no sea el de corte o el de saturación. Debido a este motivo, las variaciones en el punto Q no importan ya que el transistor se mantiene en saturación o en el corte al cambiar la ganancia de corriente. En los circuitos digitales, este hecho se conoce como circuito de conmutación porque su punto Q conmuta o cambia entre dos puntos de la recta de carga; en la mayor parte de esos diseños, esos dos puntos son el de saturación y el de corte, aunque también lo podemos conocer como circuitos de dos estados, refiriéndose a la salida o nivel alto y bajo. Los circuitos digitales son el tipo de circuitos que se emplean en los ordenadores. En este área, la polarización de base y los circuitos derivados de ella se encuentran aplicaciones útiles.

Cuando se trata de amplificadores, se requieren circuitos cuyos puntos Q sean inmunes a los cambios de la ganancia de corriente. Para ello, necesitamos la polarización del emisor: Figura 1. La figura muestra el circuito de polarización de emisor del circuito de base cambiado al de emisor. El punto Q es ahora inmovible. Cuando la ganancia de corriente cambia de 50 a 150, el punto Q casi no se desplaza sobre la recta de carga. La fuente de alimentación de la base se aplica directamente a la base; por el contrario, si hay una fuga, podemos dañar el transistor. El emisor está ahora puesto a tierra a través de RE. Ahora la tensión del emisor es mayor que la de la base.

Transistor como fuente de corriente: VBB, VBE y RE son valores constantes y por ello la IE también es constante, y esto significa que la corriente del colector proviene de una fuente de corriente, lo que significa que el circuito de polarización es el idóneo. Cuando VBB, VBE y RE son magnitudes constantes, la corriente del emisor es constante, sabiendo que VBR cambia con la temperatura. Como la IC es casi igual que la IE, entonces también es constante. Esta relación equivale a decir que la IC proviene de una fuente de corriente, lo que significa que podemos cambiar la RE sin alterar la IE. Figura 2. Esta es la forma habitual de dibujar una fuente de corriente en un transistor. Dando una tensión determinada a VBB, se puede establecer una IE fija eligiendo un valor para RE. Esta operación es útil en muchas aplicaciones, ya que el circuito es relativamente inmune a los cambios de B. Si B cambia, la IC se mantiene. Esto se debe a que el circuito en la figura produce un valor fijo en corriente de emisor. El empleo de RE es la clave para obtener valores constantes en IC. El funcionamiento de este circuito es muy diferente, como muestra la figura: Figura 3. En este circuito, la IB está determinada por VBB y RB. En un transistor funcionando en conmutación, se establece una IB fija que es lo suficientemente grande como para llevar al transistor a una saturación fuerte.

Las variaciones de B provocan que el punto de funcionamiento fluctúe a lo largo de toda la recta de carga. En un transistor en conmutación, el emisor está conectado a masa, que es lo que caracteriza a dicho transistor. Un transistor como fuente de intensidad de corriente de un transistor en conmutación se basa en el tipo de fuente que excita a la base. Por otro lado, la RB que funciona como computación hace que la fuente de tensión se comporte más bien como una fuente de corriente, ya que la mayor parte de la VBB aparece en la RB. Tomar la base como una fuente de corriente está bien en los circuitos de conmutación porque las variaciones de B son absorbidas por la saturación fuerte. Un transistor con la base abierta tiene una pequeña corriente de colector formada por los portadores minoritarios superficiales. La corriente inversa en un transistor abierto se ve obligada a entrar en la base de dicho transistor. Otra forma de distinguir un transistor como fuente de intensidad o corriente es basarse en el tipo de fuente que excita a la base. La tensión de la fuente se aplica directamente a la base y por eso no se usa una RB. Como en VBE, la mayor parte de esta tensión aparece en RE, se produce una IE fija y un punto Q muy estable. Por otro lado, la RB en el transistor hace que la fuente de tensión de la base se comporte como una fuente de corriente de colector, y esta corriente es la que hace que no existan corrientes de fuga. Como VBE es prácticamente 0,7 V por ser de silicio, hace que siga los cambios que sufre la fuente VBB y además influye en RE. Esta clase de acción tiene el nombre de seguimiento al líder. En un transistor como fuente de corriente, el emisor sigue la tensión de la entrada, lo que significa que siempre difiere en ella en 0,7 V. En el transistor funcionando en conmutación, hace que la fuente de tensión de la base se comporte más bien como una fuente de corriente, ya que la mayor parte de VBB aparece en RB.

Más dispositivos optoelectrónicos: El optoacoplador es un LED que excita a un fototransistor, sabiendo que este es parecido al fotodiodo, pero cambiando la ganancia de B. La misma cantidad de luz incide en ambos dispositivos y esto hace que B produzca más corriente en el fototransistor que en un fotodiodo. Una mayor sensibilidad de un fototransistor constituye una gran ventaja con respecto a un fotodiodo. Figura 4: En la figura se representa un fototransistor. Se puede observar que la base está abierta, es decir, no hay ninguna resistencia. Esta es la forma más habitual de funcionamiento de un fototransistor. La sensibilidad se puede regular mediante una resistencia variable en la base, es decir: Figura 5.

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