El transistor: resumen general (corte, saturación, etc).

El transistor se puede representar de la siguiente manera:

La ganancia (beta) depende de cada transistor. Beta = Ic/ Ib.

Si me dicen que beta es igual a 100, significa que la corriente que pasa de colector a emisor es 100 veces la I que pasa por la base.

 

 

En digital, el transistor trabaja en corte o saturación ( 1 o 0).

 

• Cuando trabaja en corte, Vce = 0.
• Cuando trabaja en saturación, Vce = 1.

 

 Y luego esta la amplificación que es un aumento de la corriente. 

 

Todo esto se puede representar en la siguiente gráfica:

 

 

 





• El punto Q es el ideal para amplificar, porque la intensidad es idónea, es decir, ni está saturada (Icmáx), ni está en corte (Ic = 0).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tema nuevo: El transistor

El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para producir una señal de salida en respuesta a otra señal de entrada. Su representación es de la siguiente manera:

El p es positivo y el n es negativo.
La unión pn me obliga a que la corriente pase en un sentido determinado, en este caso, de más a menos.

El transistor me sirve como interruptor. Para entenderlo mejor pondríamos el dibujo de una llave en la base como representando que ``abre y cierra´´.

• Si pasa corriente, el voltaje será igual a 0, porque habrá un cortocircuito.
•  Si no pasa corriente, el voltaje será igual a 1, porque será un cortocircuito abierto y habrá diferencia de potencial entre las dos patillas.

Como se abre o cierra la llave:

Entrando corriente por la base se abre o cierra la llave.

• Cuando pase intensidad de base el interruptor está cerrado. Vce = 0.
• Cuando no pasa intensidad de base el interruptor está abierto. Vce = 0. Se llama corte.

Transistor en corte o en saturación

El funcionamiento del transistor depende de la cantidad de corriente que pase por su base.

Cuando no pasa corriente por la base, no puede pasar tampoco por sus otros terminales; se dice entonces que el transistor está en corte, es como si se tratara de un interruptor abierto. El transistor está en saturación cuando la corriente en la base es muy alta; en ese caso se permite la circulación de corriente entre el colector y el emisor y el transistor se comporta como si fuera un interruptor cerrado.

   














Para lograr que el transistor entre en corte, el valor de la corriente de base debe ser bajo o mejor aún, cero.

Para lograr que el transistor entre en saturación, el valor de la corriente de base debe calcularse dependiendo de la carga que se esté operando entre encendido y apagado (funcionamiento de interruptor).

A continuación dejo un video del transistor:

Práctica: Filtros paso bajo y paso alto con un condensador

Filtro paso bajo con un condensador

En esta práctica aplicamos la misma metodología que en la práctica que hicimos del divisor de tensión pero cambiamos una de las resistencias por un condensador para que cuando con el generador de funciones cambiemos la frecuencia actúe como un filtro dejando pasar las bajas o las altas.

Esta vez pondremos una resistencia de 68 ohmios y el condensador será de 10 microfaradios, con el generador de funciones pondremos una frecuencia de 500 Hz. La frecuencia de corte será la siguiente:


Fc = 1/2.π.60.(10. 10^-6)  

Fc = 234 Hz. A continuación se muestra el esquema del circuito:







Montamos el circuito en la protoboard y realizamos la medición para ver la frecuencia en la pantalla del osciloscopio:

 

 

 

 

 



Ahora mismo sería un filtro paso bajo porque a frecuencias bajas un condensador es un circuito abierto, la frecuencia ahora mismo es de 500 Hz.

Filtro paso alto con una bobina

 Ahora ponemos una resistencia de 390 ohmios y una bobina de 33 milihenrios en la protoboard y calculamos la frecuencia de corte:

Fc = 2.π.R.L = 1,8 kiloherzios.

A continuación se ve una imagen de como pasan las frecuencias altas por encima de 1,8 KHz:









  

Práctica: divisor de tensión

¿Qué es un divisor de tensión?

Sirve para alimentar (proporcionar tensión de aliementación) a un aparato, con una tensión mas pequeña que la que proporcionan las pilas o baterías disponibles.

Por ejemplo, ¿Qué hacer si queremos hacer que funcione una calculadora, que necesita
una pila de 3 voltios, si disponemos de una pila de 9 voltios? Una buena solución consiste
en construir un divisor de tensión, que convierta los 9 voltios de la pila en los 3 voltios que necesita  una calculadora.

Un circuito divisor de tensión está compuesto por un generador de frecuencia, por un osciloscopio y dos resistencias, todo ello montado en la protoboard.

Un generador de señales, de funciones o de formas de onda es un dispositivo electrónico de laboratorio que genera patrones de señales periódicas o no periódicas tanto analógicas como digitales.

 El esquema del circuito sería el siguiente:

 Como se puede ver, dos resistencias están conectadas en serie con la tensión de entrada V_in, que puede ser o no, la tensión de la fuente de alimentación, conectada a R_arriba, la otra resistencia R_bajo conectada a masa.

Ahora a continuación explicaré la práctica en clase del divisor de tensión:

Rtop = 1k
Rbottom = 6k8

f = 500 Hz

Disponemos de un generador de frecuencias para como su nombre dice generar una frecuencia y de un osciloscopio para poder ver la señal medida.

Montamos en la protoboard las dos resistencias y luego medimos la señal con los aparatos de medida:

La imagen anterior sería todo el circuito ya montado ya solo faltaría medir la señal.
Medimos la señal y nos sale la siguiente imagen en la pantalla del osciloscopio:

La señal está bien medida a 500 Hz.

Comportamiento de los componentes pasivos ante la corriente alterna

Cuando tensión e intensidad están en fase entonces la potencia consumida se aprovecha totalmente (potencia activa).

P = V.I

Lo ideal en un circuito es que toda la potencia que entrega el generador sea consumida por los receptores, esto solo pasa si en el circuito no hay bobinas ni condensadores.

Representación de tensión e intensidad en fase:

¿ Qué significa fase?

En la imagen anterior podemos ver (R) una resistencia (pura) alimentada a partir de una corriente alterna. Nos imaginamos el sistema vectorial donde debemos colocar la tensión (V) y la intensidad (I). En nuestro sistema vectorial ambos vectores (V) e (I) serían coincidentes. El hecho de que en un circuito resistivo puro alimentado por una corriente alterna la tensión y la corriente están en fase.

En esta imagen también vemos como las magnitudes de la tensión y la corriente son distintas, pero las frecuencias son iguales, además evolucionan en el sentido del tiempo de forma sincronizada, esto es, en fase. Todo ellos se puede entender mejor con solo observar que parten de cero y pasan por cero en el mismo instante y, además, alcanzan sus respectivos máximos y mínimos en idéntico momento.

En la siguiente figura podemos ver el ejemplo de dos señales S1 y S2 que también pasan por cero de forma simultánea y son de idéntica frecuencia pero a diferencia de lo que ocurría con las anteriores, cuando una alcanza su máximo la otra llega a su respectivo mínimo y viceversa.
 

De este tipo de señales se puede decir que son de diferente magnitud, idéntica frecuencia y no están en fase, e decir, las dos señales están desfasadas entre sí.

El desfase entre dos señales se puede medir. La unidad que se utiliza para ellos suele ser el grado (aunque los radianes también están muy extendidos).

En la siguiente figura podemos ver tres señales cuya fase es diferente. En (A) las dos señales están desfasadas 90º; la posición relativa de una de ellas con respecto a la misma posición en la otra se da transcurridos 90º. En (B) las dos señales están desfasadas 180º, una es máxima cuando la otra alcanza su valor mínimo(lo que pasaba en la imagen anterior). Por último en la figura (C) vemos dos señales en fase donde tanto sus máximos y mínimos como el paso por el valor cero suceden en el mismo instante.

 

Bobina

 

Desfase entre la tensión y la intensidad de 90º. ``No se realiza trabajo´´. Es energía que se pierde. Los aparatos que poseen bobinados de alambre de cobre no aprovechan toda la potencia para realizar trabajo, necesitan otra potencia para producir campo magnético, esta es la potencia reactiva.

 

Una bobina pura no realiza trabajo, solo crea campo magnético (imán). Una bobina retrasa la intensidad:

 

 

 

 

Potencia activa ( bobina):

 

P = V.I = 0

φ = 90º

cos 90 = 0

 

Potencia activa (resistencia):

 

φ = 0
cos 0 = 1
P = V.I.cos φ

 

El carácter φ (phi) es el ángulo de desfase.

 

 

 

 

Ejercicio de la señal alterna

¿Cuánto vale la tensión de una onda de 50 Hz y 10 V de amplitud cuanto t = 5 milisegundos?

Lo que tengo que hacer es calcular V porque ya tengo todos los datos que necesito , así que voy a la fórmula y sustituyo.

V = A.sen (2π.50Hz.0,005s); V = 10 V.sen 90º = 10 V.1 = 10 V 

La señal alterna

Como se representa:

Para dibujar una señal alterna se usa la función sen (seno). La función seno se mueve entre 0 y 2π.  

W (omega) = 2.π.f


A continuación muestro un par de imágenes en las que se muestran la representación de la señal alterna y más o menos como funciona.

 

V = 220.sen (w.t)

 

La unidad de w (velocidad angular) son los radianes.

El valor de la onda vale 0 cuando t = 0.

Alcanza el valor máximo cuando está a 1/4 del ciclo. Para tener un cuarto de ciclo necesito que t sea 1/200. Luego voy a la fórmula y sustituyo:
2.π.1/4 = π/2

 

La circunferencia tiene 2.π radianes.

 

 

 

 

Impedancia:

Es la resistencia de un condensador o de un bobina. 

Resistencia:

En continua R tiene 1 kiloohmmio de resistencia y en alterna lo mismo, 1 Kohmmio.

Condensador

En continua la resistencia del condensador es infinita. A frecuencias bajas es un circuito abierto. En continua la frecuencia es igual a 0.



Reactancia capacitiva

Cuando la frecuencia es muy alta, la reactancia es muy poca, se crea un cortocircuito, pasan frecuencias altas. La fórmula es la siguiente:

 


Reactancia inductiva

En continua la bobina no tiene resistencia, es decir, su resistencia es igual a 0. 
En alterna depende de la frecuencia. A frecuencia baja muy poca resistencia por lo tanto pasa la frecuencia. A frecuencia alta tiene mucha resistencia, es un circuito abierto, no deja pasar. La fórmula es la siguiente:

  
 

En la siguiente imagen se representa la impedancia y la reactancia inductiva y la conductiva, además se ve el adelanto de la intensidad respecto a la tensión (I está iniciada cuando V = 0).