INSTITUTO POLITCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECNICA Y ELCTRICA.Unidad Culhuacn.

Materia: Dispositivos.Profesora:*Ing. Rodrguez Pea Sofa

Presentan: * Garca Lpez Ricardo Fabin. (7) *Ruiz Barco Enrique. (23) *Sandoval Valdes Linai. (27)

Nmero de equipo: 7 Grupo: 5EM2

Fecha de entrega: 15-Mayo-2015Amplificadores con transistores bipolares de unin

2.0 INTRODUCCINEl anlisis bsico de circuitos es el estudio de la relacin que existe entre los dispositivos pasivos y las fuentes. Los dispositivos pasivos incluyen resistores, capacitores e inductores, y se pueden llamar lineales porque realizan operaciones como multiplicacin proporcional, integracin o diferenciacin. Las fuentes independientes pueden ser de voltaje o de corriente, y los valores de sus salidas no dependen de ningn otro valor en el circuito: Fuente independiente de voltaje: Es la que proporciona un voltaje especfico independientemente de la corriente que pase por ella.

Fuente independiente de corriente: Es la que proporciona una corriente que no depende del voltaje a travs del elemento fuente.

Las fuentes dependientes son aquellas que proporcionan una corriente o un voltaje que depende de otra variable que se encuentre en cualquier lugar del circuito. Se tienen dos tipos: Fuente dependiente de voltaje: Es una fuente en la que el voltaje a travs de sus terminales est determinado por un voltaje o una corriente que existe en otro lugar del circuito.

Fuente dependiente de voltaje: Es una fuente en la que la corriente a travs de sus terminales, est determinada por una corriente o un voltaje que existe en otro lugar del circuito.

Las fuentes dependientes se construyen a partir de dispositivos activos como los transistores bipolares de unin, los transistores de efecto de campo y los amplificadores operacionales.El primer transistor fue construido en los laboratorios Bell en 1948 por John Bardeen, Walter H. Brattain y William Shockle. A partir de su aparicin, se mejor el desempeo de los dispositivos porttiles de la poca. A medida que se mejor el proceso de fabricacin de estos dispositivos, se volvieron ms confiables y se logr un aumento en el manejo de potencia y frecuencia. Estos hechos condujeron a una reduccin en los precios de produccin y permitieron el desarrollo de la industria electrnica.

2.1 FUENTES DE TENSIN Y DE CORRIENTE DEPENDIENTESLas fuentes dependientes tambin pueden producir corriente o tensin, pero esta produccin esta determinado por la existencia de tensin o corriente en otro lugar del mismo circuito. Se debe tomar en cuenta que los dispositivos activos producen igualmente una tensin o corriente cuyo valor se determina por una tensin o voltaje prximo a ellos. Tambin las fuentes independientes y dependientes son consideradas dispositivos activos ya que, capaces de suministrar energa a otro dispositivo externo. Es necesario aclarar que los elementos pasivos no pueden generar energa, pero pueden almacenar una cantidad finita que se distribuye posteriormente, tal como se da con los capacitores e inductores.A continuacin se detalla del anlisis de un circuito que contiene una fuente de tensin que depende del valor de la tensin en y con un factor de amplificacin de 4.

Aplicando la Ley de corrientes de Kirchhoff a la malla se tiene:

Es posible observar que la tensin en la fuente dependiente ser dos veces mayor que la de la fuente independiente y en el caso de que se sustituyera la batera por una fuente de tensin alterna la amplitud de la seal alcanzar el doble de la magnitud original en la fuente dependiente con un desfase de 180.Ahora se probar el caso para una fuente de corriente dependiente

Al no tener fuentes independientes el circuito permanece con corrientes y tensiones cero y se puede verificar que se satisfacen las leyes de Kirchhoff de voltaje y corriente. Una vez que se conectan circuitos adicionales o fuentes, es cuando el circuito mostrado tendr funcionamiento alguno.Para resolver este circuito se encontrar el equivalente de Thvenin del circuito a travs de las terminales A y B. La resistencia de Thvenin no se puede encontrar utilizando combinaciones simples de resistores debido a la presencia de la fuente dependiente. Entonces para poder llegar a una solucin correcta del circuito se supone que se aplica una corriente o tensin distinta de cero. Para analizar este ejemplo suponemos que circula una corriente , mostrada en la figura con lneas punteadas, y as aplicamos el anlisis de nodos o ley de corrientes de Kirchhoff. Para el primer nodo tenemos

En el nodo 2

Se puede deducir que este circuito no consume energa, sino que la suministra, ya que el signo negativo en la resistencia equivalente de Thevenin sugiere una ganancia de potencia o amplificacin.En la siguiente imagen se muestra una configuracin comn de un circuito de estado slido equivalente.

Para encontrar la ganancia de tensin dividimos la tensin de salida entre la de entrada, y de forma anloga para encontrar la ganancia de corriente se obtiene de dividir la corriente de salida entre la corriente de entrada. As la corriente de entrada es

2.2 TRANSISTORES BIPOLARES A diferencia de los diodos, el transistor es un dispositivo de tres terminales y est conformado de dos uniones p-n ya sea de dos materiales tipo p y uno n, llamados transistores pnp, o dos materiales tipo n y uno p, llamados transistores npn. En la siguiente imagen se muestra el smbolo electrnico del transistor

Cada terminal de este dispositivo tiene un propsito especfico se encuentra unido a un material semiconductor dentro del transistor. El emisor es de tamao medio respecto de los otros dos materiales, est altamente dopado y su diseo permite que inyecte electrones. La base es la ms pequea, posee una contaminacin media y est diseada para pasar electrones. Por ltimo el colector es la capa ms grande, est diseado para recibir electrones y tiene baja contaminacin.Debido a su conformacin, este tipo de transistores se conocen como transistores bipolares de unin, del ingls Bipolar Junction Transistor.La operacin del transistor se puede explicar desarrollando un modelo matemtico basado en las caractersticas operacionales del transistor para la regin en la que se est trabajando. Este modelo es suficiente para explicar concepto y aplicaciones a baja frecuencia.2.3 OPERACIN DEL TRANSISTOR Podemos explicar de manera sencilla el funcionamiento del transistor npn con un diagrama de barrea de potencial

Al estar la unin base-emisor en polarizacin directa y la unin base-colector en inversa los electrones en el material n del emisor se encuentran con una barrera de potencial pequea en la unin np. Algunos de estos electrones adquieren suficiente energa para superar esta barrera. De esta forma pueden penetrar en el material tipo p y desplazarse fcilmente hasta llegar a la unin pn. Debido a que se encuentran bajo la influencia de una tensin positiva se mueven con mucha rapidez. Si se reduce la polarizacin en directo en la unin base-emisor, aumenta el tamao de la barrera de potencial y se hace ms difcil que los electrones alcancen el tope. Por el contrario, si se aumenta la polarizacin en la unin base-emisor se reduce la barrera de potencial y aumenta el flujo de electrones a travs del transistor.El flujo de corriente se puede analizar mediante el comportamiento de los portadores de carga y las regiones desrticas. Cuando la unin base-emisor est polarizada directamente, la regin desrtica es regularmente delgada, esto es inverso para la unin base-colector. Tomando en cuenta esto, notamos que los portadores mayoritarios (electrones) entran a la base y lo normal sera que la mayora de la corriente regresar a la fuente pero como la base es muy delgada, los electrones necesitan viajar una distancia corta para ser atrados por la fuente positiva del colector, adems de que el material de la base posee una conductividad baja presentando a su vez una impedancia alta, lo que nos lleva a la conclusin de que una cantidad pequea de los electrones deja la base a travs de la conexin con la fuente, y que la mayor parte de la corriente fluye hacia el colector.El transistor de unin bipolar presenta ganancia de corriente, lo cual se puede aprovechar para amplificar seales. En la siguiente imagen se muestra el circuito equivalente simplificado de un transistor NPN el cual es utilizado generalmente para el diseo y anlisis de muchos circuitos.

En la siguiente figura se muestra un circuito para obtener la ganancia de corriente. Se aplica una fuente de voltaje a travs de la unin base-emisor, y se conecta una resistencia entre colector y emisor. Y como se puede observar la figura (b) se est reemplazando el transistor por el modelo de la fuente dependiente.

Debido a la presencia de una fuente de corriente dependiente, la corriente de colector IC depende de la corriente de base IB , esto quiere decir que conforme aumenta IB la corriente del colector al emisor aumenta de manera proporcional, a esta relacin se le conoce como constante de proporcionalidad beta (). Esta constante es muy variable, depende de las condiciones de operacin del circuito, de la temperatura y varia de un transistor a otro.El modelo de Ebers- Moll: nos dice que la unin base-emisor acta como un diodo polarizado en directo con una corriente iB+iC. La unin base-colector esta polarizada en inverso y exhibe una corriente de fuga llamada ICBO y una corriente ib, esta ultima provocada por la interaccin de corrientes en la base. Asi tenemos que IE = iB+iC.

El modelo incluye una corriente ICBO la cual es independiente de la corriente de base. Debido a que es un nmero muy grande (10-600), por lo general se puede despreciar la ICBO, pues es pequea en magnitud en la siguiente expresin:

Teniendo que

La ganancia de corriente en base comn es la razn de cambio en la corriente de colector al cambio en la corriente de emisor, suponiendo que la tensin entre el colector y la base es comn.

Como sabemos que la corriente de fuga es un factor impermisible, debido a que esta corriente es solo una corriente que circula por colector y emisor sin tener ninguna tension o seal por la base. (No se considera debido a que es un valor tan pequeo, que es impermisible).

Entonces:

Con esto podemos deducir que la corriente entre colector y emisor no es igual, es proporcional; A como aumente la corriente de colector mas aumentara la corriente de emisor, que a su vez no afectara la ganacia de corriente en la base.

Esta ecuacin solo es una ecuacin de proporcionalidad y el factor de ganancia comnmente oscilara entre .9 y .999.

Cabe aclarar que el factor Beta () no es igual al factor Alpha (), debido a que el primero es un dato de fabricante y el otro es una razn entre dos corrientes sobre el circuito real.

BETA ()Beta (), se conoce como el factor de ganancia o actor de amplificacin en cd y como se dijo anteriormente varia con la temperatura, y aunque sean fabricados dos transistores del mismo nmero en el mismo lote de fabricacin este factor cambiara; una suposicin que se puede tomar es que la corriente del colector es casi igual a la corriente del emisor, debido a la condicin que se especifico anteriormente.Beta () se hallan sus valores tpicos entre 10 y 600.=

Diseo Electronico, 3 Edicin, C. J. Savant (Editorial Prentice-Hall)

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