Asignaturas:
- General
- Funcionamiento del transistor
- El transistor como interruptor.
- El transistor como amplificador.
- Característica del transistor
- Circuito de ejemplo con una característica.
- Transistor Darlington
General:
Los transistores tienen 2 aplicaciones diferentes, se utilizan como:
- Amplificador (piense en un amplificador de audio)
- Interruptor (un transistor puede conmutar grandes potencias muy rápidamente y se utiliza, entre otras cosas, en dispositivos de control del automóvil).
Los transistores se controlan con corriente. En los microprocesadores, por ejemplo, se desea mantener la corriente lo más baja posible debido a la generación de calor. En este caso se suele utilizar el MOSFET.
Hay 2 tipos de transistores, a saber, el transistor NPN y el transistor PNP. Estos se describen a continuación.
Transistor NPN:
La B significa "Base", la C significa "Coleccionista" y la E significa "Emisor".
En el transistor NPN, la flecha apunta en dirección opuesta al transistor. Este transistor se utiliza a menudo cuando se trata de un "circuito de tierra", donde el emisor está conectado a tierra.
Transistor PNP:
En el transistor PNP la flecha apunta hacia el transistor. Un mnemotécnico útil para PNP es "Flecha a la placa".
Funcionamiento del transistor:
En la tecnología del automóvil, el transistor se utiliza con mayor frecuencia como interruptor, por lo que ahora analizaremos este tema más a fondo. Tomemos como ejemplo un transistor NPN.
La imagen muestra la base a la izquierda, encima del colector y debajo del Emisor. Cuando una corriente básica comienza a fluir (flecha azul), sigue su camino hasta el Emisor. Esto también hace que fluya una corriente del colector hacia el emisor. Tan pronto como desaparece la corriente base, la corriente del colector al emisor también se detiene.
Si fluye la mitad de la corriente básica, también fluirá la mitad de la corriente (en comparación con I máx.). Por lo tanto, es claramente visible que la corriente conmutada a través del transistor (de C a E) depende completamente de la altura de B.
Un transistor siempre tiene pérdidas de voltaje debido a la transición PN. Entre la Base y el Emisor es de 0,7 Voltios y entre el Colector y el Emisor de 0,3 Voltios.
El transistor como interruptor:
En el siguiente ejemplo, una lámpara de 12 voltios / 5 vatios se controla con un transistor. El voltaje de UB1 (fuente de voltaje 1) es el voltaje de la batería de 12 voltios. La lámpara está conectada a tierra. La base del transistor se controla con UB2; “la fuente de voltaje 2” de 6 voltios.
La tensión de pérdida entre Colector – Emisor (UCE) es de 0,3 voltios, y entre Base – Emisor (UBE) de 0,7 voltios. Esto lo veremos reflejado en el cálculo a continuación. El factor de amplificación está fijado en 200. Esto siempre puede variar. El factor de ganancia es la relación entre la corriente base y la corriente colector-emisor.
Un circuito siempre debe construirse con una determinada resistencia (RB en el diagrama anterior). Si esta resistencia no estuviera ahí, el transistor fallaría inmediatamente. El valor que debe tener la resistencia RB depende de todos los factores; es decir, voltajes tanto en UB1 como en UB2 y la corriente requerida para los componentes (resistencias o lámparas), etc. Ahora calcularemos la resistencia de carga RB.
Para calcular la resistencia de carga RB, primero se debe calcular la resistencia a través de la lámpara.
Ahora que se conoce la resistencia RL, se puede calcular la corriente del colector (IC).
UCEsat significa "saturación", o en otras palabras; saturación. Tan pronto como el transistor conduce, hay una caída de voltaje de 0,3 voltios entre los puntos C y E (Colector – Emisor).
El siguiente paso es determinar la corriente base (IB):
Se aplica un margen de seguridad (IBK) de 1,5 x IB a cada circuito de transistores. Entonces el valor de IB debe multiplicarse nuevamente por 1,5. El motivo de esto se explicará más adelante.
La corriente base es sólo el 12% de la corriente Colector-Emisor. Ahora es claramente visible que un transistor se puede convertir en una corriente principal grande a partir de una corriente baja pequeña.
Ahora que se conocen todas las corrientes del diagrama, se puede calcular la resistencia RB.
UBE es el voltaje entre la Base y el Emisor. Debido al material conductor del transistor, siempre hay una caída de voltaje de 0,7 voltios entre los puntos B y E.
No existen resistencias estándar que sean exactamente de 1,74 k (kilo-ohmios). Por lo tanto, se debe elegir una resistencia estándar con un valor diferente. La elección debe realizarse entre las resistencias disponibles de la serie E12.
La resistencia requerida de 1,74 k está entre 1,5 k y 1,8 k. En ese caso, se debe elegir el valor de resistencia más bajo; por 1,5k. Esto es para garantizar que el envejecimiento y el desgaste de los componentes no afecten las corrientes en el circuito.
El transistor como amplificador:
El transistor se puede utilizar como amplificador. La corriente base se puede cambiar girando un potenciómetro. Al variar la corriente de base, cambia el voltaje de ganancia y, por lo tanto, el voltaje a través del colector-emisor.
Característica del transistor:
Se puede hacer una característica de un transistor NPN, vea la imagen a continuación:
1er cuadrante (arriba a la derecha) = UCE – IC
La línea se inclina hacia arriba hasta 0,3 voltios. Esta área es UCEsat (saturación de transistores). Después la línea discurre casi horizontalmente.
2er cuadrante (arriba a la izquierda) = IB – IC
Aquí se indica la conexión entre UB e IC. IC = HFE x IB, con esta característica HFE= 10, por lo que IC es 10 veces más grande que IB. Aún no se ha tenido en cuenta el factor de seguridad IB = 1,5 x IBK.
3er cuadrante (abajo a la izquierda) = UBE – IB
La caída de voltaje entre la base y el emisor de un transistor es el voltaje umbral de un diodo. El voltaje umbral es de 0,7 voltios. A partir de este voltaje el transistor comienza a conducir y la corriente de base IB comienza a fluir. Esto también se debe a la característica.
Circuito de ejemplo con una característica:
Ahora es el momento de ver un circuito de ejemplo (simple) con una característica de transistor asociada. Aquí se incluye IB = 1,5 x IBK, lo que da como resultado una línea horizontal en el eje de IB. En el siguiente circuito, UB1 es el voltaje de la batería y UBE (voltaje base-emisor) proviene de un interruptor o señal en un dispositivo de control. Para calcular la corriente en UBE, primero se debe calcular la corriente IC (corriente del colector);
Ahora sabemos que debe fluir una corriente de 15 mA por la base del transistor para que el transistor (con los mencionados UB1 y RB) conduzca completamente, incluido el factor de seguridad. A continuación se puede completar la característica:
En esta característica se puede observar que el IB (corriente en la base) aumenta a 10mA. Esta parte, de 0 a 10 mA, se calcula con la fórmula: IB = IC : HFE. La línea discurre entonces completamente horizontal de 10 a 15 mA. Esta parte es el factor de ganancia de 1,5 (del cálculo de IB = 1,5 x IBK). Con una corriente base de 15 mA, fluye una corriente de colector (IC) de 1000 mA.
Los transistores se controlan con corriente. En los microprocesadores, por ejemplo, se desea mantener la corriente lo más baja posible debido a la generación de calor. Esto incluye a menudo la MOSFET toegepast
Transistor Darlington:
Un dispositivo de control envía una corriente de base al transistor. Un transistor puede hacerse conductor mediante un dispositivo de control con una corriente de 0,1 a 0,5 mA. Cuando queremos controlar un actuador que requiere una corriente alta, la ECU no puede suministrar la corriente requerida para el transistor. La corriente primaria de una bobina de encendido es de aproximadamente 8 amperios. La corriente de control deberá amplificarse para que el transistor sea conductor. Esto provoca un problema: el microprocesador no puede suministrar la corriente deseada al transistor.
Por medio de un transistor Darlington, se puede utilizar una pequeña corriente de control de la ECU para conmutar una corriente grande al actuador.
El transistor Darlington se compone de dos transistores conectados entre sí en una carcasa.
La corriente colector-emisor de T1 proporciona la corriente base de T2. Esto da como resultado un factor de ganancia grande, porque los factores de ganancia de ambos transistores se pueden multiplicar entre sí.
Una corriente de base muy pequeña de T1 (sólo una décima parte de miliamperio) suele ser suficiente para hacer que T2 sea conductor.
El factor de ganancia actual (Hfed) del transistor Darlington suele estar entre 1000 y 10.000. La fórmula para calcular el factor de ganancia de un transistor Darlington es:
Hfeed = Hfe1 * Hfe2
- Ventaja: gracias al gran factor de amplificación de corriente (Hfed), una pequeña corriente de control puede ser suficiente para que el transistor Darlington sea conductor;
- Desventaja: el voltaje base-emisor del circuito Darlington es el doble que el de un solo transistor. Por tanto, la caída de tensión del transistor Darlington es considerablemente mayor que la de un solo transistor.
En la sección “Señales de salida” de la página Circuitos de interfaz Se dan ejemplos y aplicaciones del transistor Darlington.
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