Hacen que funcione tu mundo

Presentación del tema: "Hacen que funcione tu mundo"— Transcripción de la presentación:

1 Hacen que funcione tu mundo
TRANSISTORES Hacen que funcione tu mundo

2 Transistores Transistores Símbolo transistor

3 Transistores El transistor es un elemento semiconductor que tiene la propiedad de poder gobernar a voluntad, la intensidad que circula entre dos de sus tres terminales, a través de la acción de una pequeña corriente, mucho más baja que la anterior aplicada al tercer terminal.

4 Transistores Los dos primeros terminales se llaman emisor y colector y el tercero recibe el nombre se base.

5 Aplicaciones del transistor
El transistor es, actualmente, el componente fundamental e imprescindible en cualquier circuito electrónico que realice funciones de amplificación

6 Aplicaciones del transistor
Control de procesos

7 Aplicaciones del transistor
Control de procesos

8 Aplicaciones del transistor
Control de procesos

9 Aplicaciones del transistor
Proceso de datos

10 Aplicaciones del transistor
Proceso de datos

11 Aplicaciones del transistor
cálculo numérico

12 Aplicaciones del transistor
radio televisión

13 Aplicaciones del transistor
radio

14 Aplicaciones del transistor
televisión

15 Aplicaciones del transistor
estabilización de tensión o corriente

16 Aplicaciones del transistor
estabilización de tensión o corriente

17 Aplicaciones del transistor
Telefonía

18 Aplicaciones del transistor
Y otras muchas aplicaciones

19 Formas de aplicación del transistor
Individual o discreta integrado

20 Formas de aplicación del transistor
integrado

21 Formas de aplicación del transistor
integrado La válvula de vacío, el transistor y el circuito integrado.

22 La invención del transistor
Durante el año 1947, Bardeen estaba trabajando con sus compañeros Shockley y Brattain en los ya mencionados laboratorios Bell, cuando descubrieron un invento que les cambiaría la vida: El transistor Su trabajo no era precisamente el de descubrir el transistor, sino un proyecto de telefonía que, por unas causas u otras, acabó desembocando en este invento El primer transistor

23 La invención del transistor

24 Antecedentes del transistor: el triodo
Comenzamos a partir de este momento a desgranar, o por lo menos a repasar, el funcionamiento de la válvula termoiónica que abrió el camino para el desarrollo de esta ciencia llamada electrónica.

25 Antecedentes del transistor: el triodo
En el año 1906, el inventor estadounidense Lee De Forest añadió un tercer electrodo a la válvula diodo, al que se llamó rejilla de control o simplemente rejilla, situada entre la placa y el cátodo.

26 Antecedentes del transistor: el triodo
Normalmente, la rejilla adquiría la forma de un muelle o espiral de hilo metálico que rodeaba al cátodo. La rejilla, al igual que los demás componentes del triodo, se conectaba mediante un conductor a una de las patas de conexión de la ampolla de vidrio que encerraba todo el dispositivo.

27 Antecedentes del transistor: el tríodo
El símbolo electrónico que se usa para representar el tríodo es prácticamente el mismo que se usa para el diodo, (cuando se emplea como dido una válvula termoiónica) con la particularidad de que se le ha añadido entre placa y cátodo una línea de trazos discontinua.

28 Antecedentes del transistor: el tríodo
Hemos cogido un tríodo, dos voltímetros (V1 y V2), un potenciómetro (P), una resistencia (R) y tres baterías (V1, V2 y V3). La batería B2 alimenta el filamento de la válvula. La batería B3 polariza la placa del tríodo con una tensión positiva con respecto al cátodo, mediante la resistencia R. Y la batería B1 está conectada directamente al potenciómetro P, que a su vez aplica una parte o toda la tensión de aquella a la rejilla de la válvula, dependiendo de la posición del cursor, haciéndola negativa con respecto al cátodo

29 Antecedentes del transistor: el tríodo
Cuando la tensión de la rejilla alcance los 10 voltios negativos la válvula dejará de conducir, ya que todos los electrones que salen del cátodo serán repelidos de nuevo hacia él por el fuerte rechazo que les provoca la elevada tensión negativa de la rejilla. Entonces la válvula entra en estado de corte, la caída de tensión en la resistencia R será nula ya que no circulará corriente alguna a través de ella.

30 Antecedentes del transistor: el tríodo
Podemos usar el tríodo como amplificador de señales alternas, como por ejemplo amplificador de audio.

31 La invención del transistor
La creación del transistor es, probablemente, el mayor invento del siglo XX, y una enorme cantidad de la tecnología que usamos a día de hoy sería imposible sin los transistores. Algunos historiadores han llegado a decir que el transistor es para el siglo XX lo que la máquina de vapor fue para la Revolución Industrial

32 La invención del transistor
De hecho, dada la importancia del descubrimiento y para asegurarse la patente, los tres científicos mantuvieron en secreto su transistor unos cuantos meses hasta que terminaron de modificarlo por completo y crearon algo completamente funcional, para evitar así que alguien se les adelantara a la hora de patentarlo.

33 La invención del transistor
Y todo este esfuerzo dio sus frutos: El premio Nobel de física de 1956 fue para este trío de científicos "por sus investigaciones sobre los semiconductores y el descubrimiento del efecto transistor".

34 La invención del transistor

35 La invención del transistor

36 Explicación de los transistores
Cuando pasa una pequeña corriente de la base al emisor, el transistor permite que pase una corriente grande entre el colector y el emisor.

37 Explicación de los transistores

38 Identificación de las patillas de un transistor

39 Zonas de funcionamiento de un transistor
El transistor tiene tres zonas de trabajo que vienen determinadas por la intensidad de base.

40 Zonas de funcionamiento de un transistor

41 Zonas de funcionamiento de un transistor
Corte. La intensidad de base es nula o de un valor muy pequeño, en este caso el transistor no conducirá y no se producirá circulación de intensidad entre el colector y el emisor del transistor. Ic = 0 Ib = 0

42 Zonas de funcionamiento de un transistor
Zona activa. La intensidad de base provoca la conducción en el transistor y existe una proporcionalidad entre la corriente de la base y la corriente del colector, cuanto mayor sea la intensidad de la base mayor será la intensidad del colector. Ic = K * Ib Ib

43 Zonas de funcionamiento de un transistor
Saturación. Cuando la intensidad de base es grande el transistor conduce dejando parar por el colector la intensidad que requiera el circuito. Ic = Toda la que necesite el circuito Ib

44 Explicación de los transistores
Para explicar su funcionamiento recurriremos a la comparación con un circuito hidráulico.

45 Explicación de los transistores
Suponemos una tubería que dispone de una llave de paso B con un muelle de cierre que puede activarse por la presión que actúa sobre ella (en nuestro caso es la base). El agua intentará pasar del emisor E al colector C.

46 Explicación de los transistores
Si no hay presión en B (base) no puede abrir la válvula y no se produce paso del fluido de E a C (funcionamiento en corte).

47 Explicación de los transistores
Si llega algo de presión a B, se abrirá más o menos la válvula y dejará pasar más o menos fluido de E a C (funcionamiento en activa).

48 Explicación de los transistores
Si llega suficiente presión a B, de forma que abre totalmente la válvula, se comunica E con C y el fluido pasa sin dificultad (funcionamiento en saturación).

49 Explicación de los transistores
El transistor está constituido por tres capas de material semiconductor de los tipos n y p. Las tres capas se denominan emisor, base y colector.

50 Tipos de transistores Los transistores se pueden conseguir en una gran variedad de formas y tamaños, pero sólo hay dos tipos básicos NPN y PNP.

51 Tipos de transistores

52 Tipos de transistores

53 Tipos de transistores Según la potencia, el transistor tendrá que disipar más o menos calor. Cuando la potencia es pequeña el encapsulado del transistor es de plástico, cuando tiene que disipar una potencia elevada el encapsulado es metálico

54 Tipos de transistores

55 Tipos de transistores En algunas ocasiones se les puede añadir un disipador, que no es más que un radiador para transmitir al aire el calor que se genera en el transistor y evitar que este se queme.

56 Tipos de transistores

57 Circuitos con transistor
El funcionamiento de un transistor es semejante al de un interruptor controlado por la corriente eléctrica. Si en la entrada no se aplica ninguna señal, el transistor no permite que circule corriente por su salida; pero si se aplica una señal, el transistor permite el paso de la corriente por la salida.

58 Circuitos con transistor
Para comprender la función de un transistor en un circuito podemos fijarnos en el funcionamiento del transistor de la figura. En el esquema de la figura el interruptor IN1 (SW1) está abierto y en estas condiciones la corriente no circulará en ninguna parte del circuito

59 Circuitos con transistor
Sin embargo, cuando IN! Está cerrado, una corriente muy pequeña circula por la base del transistor atravesando la resistencia R. Cuando esto ocurre, el transistor “se activa” permitiendo que una corriente más grande circule por su colector, saliendo por el emisor hacia la bombilla

60 Circuitos con transistor
Sin embargo, cuando IN! Está cerrado, una corriente muy pequeña circula por la base del transistor atravesando la resistencia R. Cuando esto ocurre, el transistor “se activa” permitiendo que una corriente más grande circule por su colector, saliendo por el emisor hacia la bombilla

61 Alarma del nivel de agua o detector de humedad
En algunas ocasiones necesitamos detectar la presencia de agua o el nivel de agua como por ejemplo podríamos construir un dispositivo que alerta a los ciegos sobre el nivel del agua de la bañera, podríamos detectar una fuga de agua en un lugar determinado o controlar el nivel de un depósito de agua y en función del mismo parar o poner una bomba de agua. Todas estas funciones las podemos realizar mediante un circuito electrónico con un transistor que detecte la presencia de agua.

62 Alarma del nivel de agua o detector de humedad
¿Por qué complicarnos la vida con transistores? ¿Por qué no ponemos en serie con una bombilla o con un zumbador, unas sondas que al ser mojadas por el agua (el agua es conductora de la electricidad) permitan el paso de la corriente eléctrica y nos lo active?

63 Alarma del nivel de agua o detector de humedad
El agua a pesar de ser conductora, presenta una resistencia muy grande, por lo que al estar las sondas en serie con el receptor que queremos activar, se produce una caída de tensión grande, y la intensidad que circula será pequeña, por lo que receptor no funcionará o funcionará muy mal.

64 Alarma del nivel de agua o detector de humedad
Para resolver el problema utilizaremos un circuito electrónico con un transistor en el que conectaremos las sondas en el circuito de la base del transistor y el zumbador o bombilla en el circuito del colector del transistor.

65 Alarma del nivel de agua o detector de humedad
La corriente minúscula que pasa por el agua (entre las sondas) suministra la corriente de la base para “activar” el transistor. Entonces la corriente más grande del colector del transistor acciona el zumbador o bombilla. La resistencia R está incluida en este circuito para proteger al transistor. Si la corriente de la base se hiciera demasiado grande, el transistor se estropearía.

66 Ganancia del transistor
En la zona activa una pequeña corriente que circule por la base de un transistor producirá el paso por el colector de una corriente mayor. Esto se conoce como amplificación de corriente. La medida de esta amplificación se denomina ganancia de corriente del transistor y viene dada por la expresión. β = Ic / Ib Donde: β = Ganancia Ic = Intensidad del colector Ib= Intensidad de base

67 Ganancia del transistor
En el circuito de la figura la ganancia será: β = Ic / Ib =0,05/0,00025 = 200

68 Transistores en montaje Darlington
En algunas ocasiones la amplificación de un transistor único no suele ser suficiente en un circuito. Sin embargo si se alimenta la base de un segundo transistor con la corriente amplificada de otro transistor, se puede aumentar la amplificación muchas veces.

69 Transistores en montaje Darlington
Si la guanacia de cada transistor del dibujo es de 100, por ejemplo, entonces la guanacia total combinada de los dos es Este método de conectar transistores se conoce con el nombre de par de Darlington.

70 Detector de luz Este dispositivo nos va a accionar un receptor (bombilla, zumbador, motor, etc.) cuando detecte luz. Cuando incide luz sobre la LDR su resistencia será muy baja y nos hará entrar en conducción el transistor, produciendo el encendido de la bombilla.

71 Detector de luz Cuando se conecta la pila, la bombilla se enciende. La fotorresistencia (LDR) recibe luz, por lo que presenta una débil resistencia. El potencial de la base del transistor es suficiente para que se desbloquee. La resistencia R2 limita la corriente de base y protege el transistor. La resistencia R1 limita la corriente de la fotorresistencia. En efecto con una luz muy fuerte, podría cortocircuitar la pila.

72 Detector de luz Se puede utilizar este montaje como sistema de alarma de un cajón o el armario. Si alguien abre el cajón o el armario, la luz penetrar y pondrá en marcha la alarma sonora, si has sustituido la alarma por el zumbador.

73 Detector de oscuridad El uso más conocido de este tipo de circuito es seguramente, la barrera luminosa de los grandes almacenes, que regula la apertura de las puertas.

74 Detector de oscuridad El circuito puede servir también para el encendido automático de un alumbrado público.

75 Detector de oscuridad para el encendido automático de las luces de posición de un coche.

76 Detector de oscuridad También se pude realizar una barrera luminosa con este montaje, es suficiente dirigir el haz luminoso de la linterna hacia la LDR. Si el haz se interrumpe por alguien que pasa el transistor conmuta.

77 Detector de oscuridad Cuando no incide la luz sobre la LDR, su resistencia aumenta, por lo que a la corriente le resulta más favorable el camino de la base del transistor que al que seguía cruzando la LDR.

78 Detector de oscuridad Cuando no incide la luz sobre la LDR, su resistencia aumenta, por lo que a la corriente le resulta más favorable el camino de la base del transistor que al que seguía cruzando la LDR.

79 Detector de oscuridad Cuando no incide la luz sobre la LDR, su resistencia aumenta, por lo que a la corriente le resulta más favorable el camino de la base del transistor que al que seguía cruzando la LDR.

80   Detector de calor El sensor de este circuito es un termistor. Los termistores se utilizan cuando se quiere poner en marcha determinados aparatos a determinadas temperaturas. Por ejemplo para preservar ciertos aparatos de un sobrecalentamiento, el termistor puede arrancar un ventilador.

81   Detector de calor En una lavadora el termistor corta el calentamiento de agua cuando llega a la temperatura deseada, fijada previamente con un potenciómetro.

82   Detector de calor También se puede utilizar para el control de temperatura en un sistema de calefacción central

83   Detector de calor y como termostato para poner en marcha un ventilador cuando haga demasiado calor en una habitación.

84   Detector de calor En el circuito empleamos un termistor NTC (Negative Temperature Coeficient Resistor) Cuando se conecta la pila la bombilla seno enciende. El termistor NTC, tiene una débil resistencia cuando hace calor y una resistencia elevada cuando hace frio. El calor de la mano es suficiente para calentar el termistor y volverlo conductor. No acercar nunca una llama al termistor, se podría destruir.

85   Detector de calor Cuando se calienta el termistor, este se vuelve conductor y la corriente circula a través del potenciómetro, hacia la base del transistor, éste se desbloquea y la bombilla se enciende. La resistencia R2 impide el cortocircuito de la pila y el potenciómetro, permite regular la sensibilidad del montaje.

86  Detector de contacto Este tipo de interruptor, en el que para accionarlo es suficiente con apoyar un dedo (no hace falta hacer presión, solo tocar), existe en numerosos aparatos eléctricos. En una televisión, por ejemplo, donde es suficiente tocar ligeramente un botón, para cambiar el programa u otra función y lo mismo en los mandos a distancia. Estos interruptores son también muy interesantes para los aparatos que utilizan los disminuidos físicos ya que les facilita su accionamiento. En definitiva el interruptor sensitivo es útil para todo tipo de mandos de aparatos eléctricos en las que se desee el máximo confort.

87  Detector de contacto En este montaje, es suficiente tocar simultáneamente los contactos 1 y 2 con un dedo para que la bombilla se encienda. La resistencia del dedo seco es tan grande que solo deja pasar una corriente muy débil. Para amplificar esta corriente hemos de emplear un circuito que nos proporcione una amplificación mayor de la que podemos obtener con un solo transistor. Este circuito se realiza con dos transistores. La forma de conectar los dos transistores se llama montaje Darlington. 1 2

88  Detector de contacto En el montaje Darlington, la corriente del emisor del primer transistor sirve de corriente de base del segundo transistor. Supongamos que cada transistor solo proporciona una ganancia de 80 β1 = β 2 = 80 En el montaje Darlington, estas amplificaciones se multiplican la una por la otra, siendo la ganancia total del circuito: βT = β1 * β2 = 80 * 80 = 6400 Que es muy superior a la de un solo transistor.

89  Detector de contacto Cuando conectamos la pila al montaje, es suficiente tocar con uno de los dedos los dos contactos (1 y 2) para que la bombilla de ilumine. En efecto, una débil corriente circula a través de la resistencia R1 y por el dedo hacia la base del transistor T1, este se desbloquea y su corriente de emisor sirve de corriente de base del transistor T2. El transistor T2 se desbloquea y la bombilla se ilumina. Ello es debido a que la amplificación del circuito es tan grande que se puede encender una bombilla con una corriente tan débil como la que circula por el dedo. 1 2

90 Interruptor temporizado
Los mecanismos temporizadores se utilizan cuando se precisan duraciones regulares. Por ejemplo para fijar el ritmo de una lámpara intermitente, permanece encendida una bombilla durante cierto tiempo (luz de escalera), programar una lavadora, poner límite a la duración de juegos electrónicos, etc.

91 Interruptor temporizado
Cuando se conecta la pila, la bombilla esta apagada. Cuando se cierra el interruptor, una corriente circula en la base del transistor la bombilla se enciende. Al mismo tiempo el condensador electrolítico se carga. + -

92 Interruptor temporizado
Cuando abrimos el interruptor la bombilla continúa encendida. El condensador cargado se descarga ahora a través de la resistencia de la base del transistor. La corriente de descarga se debilita progresivamente, la bombilla brilla cada vez más débilmente hasta que el transistor se bloquea y la bombilla se apaga + -

93 Interruptor temporizado
La duración de la descarga del condensador electrolítico depende de su capacidad y del valor de la resistencia. Una capacidad mayor del condensador electrolítico permite alargar la duración de la iluminación, mientras que una resistencia más pequeña la disminuye, ya que el condensador se puede descargar más rápidamente.

94 Ecuaciones del transistor
Ic = Ib * β Ie = Ib + Ic

95 Ecuaciones del transistor
En el circuito de la base. La suma de las caídas de tensión en cada elemento será igual a la tensión de alimentación de ese circuito Vbb = Rb*Ib + Vbe + Re * Ie

96 Ecuaciones del transistor
Vbe Rb * Ib Re * Ie En el circuito de la base. Vbb = Rb * Ib + Vbe +Re * Ie

97 Ecuaciones del transistor
En el circuito de la base. Se suele considerar el valor Vbe constante e igual a 0,6 V. si no hay resistencia en el emisor el termino de la ecuación Re* Ie, lógicamente valdrá 0. Vbb = Rb*Ib + Vbe + Re * Ie

98 Ecuaciones del transistor
En el circuito del colector. La suma de las caídas de tensión en cada elemento será igual a la tensión de alimentación de ese circuito Vcc = Rc*Ic + Vce + Re * Ie

99 Ecuaciones del transistor
Rc * Ic Vce Re * Ie En el circuito del colector. Vcc = Rc * Ic + Vce +Re * Ie

100 Calcular el punto de trabajo del transistor Q (Ib, Ic, Vce)
Calcular el punto de trabajo del transistor Q (Ib, Ic, Vce). La ganancia del transistor es 100. Vbb = Vcc = Rb * Ib + Vbe 12 = * Ib + 0,6 Ib = 12 – 0,6 / = 0, A = 91,2 µA Ic = ib*β = 0, *100 = 0,00912 A = 9,12 mA Vcc = Rc * Ic + Vce 12 = 100 * 0, Vce Vce = 12 – 0,912 = 11,08 V

101 Calcular el punto de trabajo del transistor Q (Ib, Ic, Vce)
Calcular el punto de trabajo del transistor Q (Ib, Ic, Vce). La ganancia del transistor es 100. Vbb = Vcc = Rb * Ib + Vbe + Re * Ie Ie≈ Ic Ic = Ib * β ; Ie ≈ Ib * β Vbb = Vcc = Rb * Ib + Vbe + Re * Ib * β 12 = * Ib + 0, * Ib * 100 12 = 0,6 + Ib ( * 100) Ib = 12 – 0,6 / ( * 100)= 0, A = 89,27 µA

102 Ic = Ib*β = 0, *100 = 0,008927A = 8,927 mA Vcc = Rc * Ic + Vce + Re * Ic 12 = 100 * 0, Vce + 27 * 0,008927 Vce = 12 – 0,8927 – 0,241 = 10,8 V

103 Calcular el punto de trabajo del transistor Q (Ib, Ic, Vce)
Calcular el punto de trabajo del transistor Q (Ib, Ic, Vce). La ganancia del transistor es 100. Vbb = Rb * Ib + Vbe 12 = 8500, * Ib + 0,6 Ib = 1,7 – 0,6 / 8500= 0, A = 128 µA Ic = ib*β = 0, *100 = 0,0129 A = 12,9 mA Vcc = Rc * Ic + Vce 12 = 100 * 0, Vce Vce = 12 – 1,29 = 10,71V