CUADRIPOLOS

Se dice cuadripolo un circuito con cuatro bornes, dos de los cuales se utilizan para la entrada de señal y dos para la salida, como en el siguiente esquema:

Denotamos por v_e la tensión aplicada a la entrada; con i_e la corriente de entrada;  con v_s la tensión de salida;  con i_s la corriente de salida.

Se dice ganancia de tensión  la relación entre la tensión de salida y la tensión de entrada; la ganancia de tensión  la  denotamos por el símbolo A_v ; la fórmula es la siguiente:

La ganancia de tensión es un número adimensional, es decir, sin unidades y nos muestra cómo se amplifica una tensión; por ejemplo, A_v = 100 significa que la tensión de salida es 100 veces más grande que la tensión de entrada.

Se dice ganancia de corriente la relación entre la corriente de salida y  la corriente de entrada; la ganancia de corriente de la denotamos con el símbolo A_i; la fórmula es la siguiente:

La ganancia de corriente es un número sin dimensiones, es decir, sin unidades y nos muestra cómo se amplifica una corriente.

Dado que en los circuitos electrónicos se aplican por lo general, como se dice, en cascada, que está conectados de manera que la salida de un circuito está conectada a la entrada de otro, es necesario conocer la resistencia de la entrada y de salida de cuadripolos, con el propósito de hacer la adaptación de impedancia.

Se dice resistencia de entrada de un cuadripolo la relación entre la tensión de entrada y la corriente de entrada; la resistencia de entrada de la denotamos con el símbolo R_e; la fórmula es la siguiente:

La resistencia de entrada se mide en W.

Se dice resistencia de salida de un cuadripolo la relación entre la tensión de salida y la corriente  de salida; la resistencia de salida de la denotamos con el símbolo R_s; La fórmula es la siguiente:

La resistencia de salida se mide en W.

Cuando se conecta entre los dos cuadripolos, como en el siguiente diagrama:

que debe hacerse de manera que la resistencia de salida de el primero cuadripolo R_s1 sea igual a la resistencia de entrada del segundo  cuadripolo R_e2, por lo que consigue la máxima transferencia de potencia, es decir, toda la potencia disponible en la salida de el primero cuadripolo encontramos entrada al segundo cuadripolo.

EL BJT

El transistor BJT es un componente que se utiliza como un amplificador. Se dice  amplificador de tensión un circuito que da  en salida una tensión mayor que la de entrada. Se dice  amplificador de corriente un circuito que da en salida una corriente  mayor que la de entrada.

El símbolo eléctrico del transistor es la siguiente:

En el diagrama vemos que el transistor tiene tres terminales; un terminal de entrada, dicho base; un terminal de salida, dicho colector; un terminal común tanto a la entrada y salida, dicho emisor.

Hay dos tipos de transistores: NPN transistor, representados en el diagrama de la izquierda; y el transistor PNP, que se muestra en el diagrama de la derecha, la flecha indica la trayectoria de la corriente. NPN significa que el emisor está dopado de tipo N, la base del tipo P, el colector del tipo N; PNP  significa que el emisor está dopado de tipo P, la base del tipo N, el colector del tipo P

En la siguiente imagen, podemos ver el exterior de algunos transistores:

Los tres terminales externos correspondientes a tres partes internas de la BJT, es decir, base, emisor, colector.

Consideremos ahora un transistor NPN y miramos el siguiente diagrama:

La parte superior, llamada el colector, símbolo C, está dopado de tipo N, es decir, tiene electrones libres. La parte central, dicha base, símbolo B, está dopada tipo P, es decir, tiene huecos, que podemos considerar cargas eléctricas positivas, sin embargo, la base está más fuertemente dopada de el colector, de hecho, tiene un drograggio crecen desde la parte superior hacia abajo; también el tamaño de la base es muy pequeña, es decir, la base es delgada. Recordemos que se dice región de agotamiento de un área de unión PN la zona de la unión PN en la que no hay cargas libres, es decir, no hay ni electrones ni huecos, pero los cargos sólo fijos, que son negativas en la zona del tipo P y positivas en la zona de tipo N.

Recordemos también que dice una profundidad de difusión de una unión la distancia a la que se recombinan todos los electrones. Ahora vamos a ver cómo debe ser el tamaño de la base; la base debe ser menor que la profundidad de la difusión, porque de esta manera estamos seguros de que un importante número de electrones libres, que comienzan desde el emisor, no se recombina con los huecos en la base, pero debe permanecer libre en la base, por lo que que pueden ser atraídas por la tensión positiva aplicada en el colector. Pero no podemos hacerlo muy fina, es decir, tenemos que hacer la mayor de la zona de agotamiento, de lo contrario, desaparece la unión PN.

En  final la anchura de la base, que sería mejor decir, el espesor de la base, debe ser más grande que la región de agotamiento, y menor que la profundidad de la difusión.

Por último, en la parte inferior, tenemos el  emisor, símbolo E, que está fuertemente dopado tipo N, y se denota por N^-, para decir que está fuertemente dopado de tipo N. El objetivo es permitir que un número significativo de los electrones pueden dejar el emisor.

Para entender el funcionamiento del BJT vemos el siguiente diagrama:

Vemos en el diagrama que la tensión aplicada desde el exterior entre el colector y el emisor es mayor que la tensión entre la base y el emisor. Vemos que la unión base-emisor es polarizada directamente, y luego los electrones, presentes en gran número en la zona N del emisor, se dibujan hacia la base del polo positivo de la batería, es decir, la tensión V_BE. De estos electrones emitidos por el emisor, no todos recombinarse con los huecos en la base, de hecho, la base que hace más pequeña que la profundidad de difusión, para el que un número considerable de electrones es atraído por el polo positivo de la V_CE, que es la tensión entre el colector y la base. Vemos ahora la importancia de que la tensión entre el colector y el emisor sea mayor que entre la base y el emisor, ya que la potencia es el producto de tensión y corriente, los electrones que llegan en el colector da lugar a una potencia mayor que la potencia absorbida entre la base y el emisor. Así que veamos ahora simbología.

Denotemos por V_BE  la tensión  entre la base y el emisor; denotar por V_CE la tensión entre el colector y el emisor, V CB denotamos por V_CB  la tensión entre el colector y la base.

Denotamos por I_B la corriente que entra en la base, denotamos por I_C la corriente que entra en el colector; denotar por I_E la corriente que viene desde el emisor. Si consideramos el transistor como un nodo principal:

aplicando el principio de las corrientes de Kirchhoff, tenemos que la suma de las corrientes de entrada debe ser igual a la suma de las corrientes de salida y luego:

Polarizar el BJT quiere decir hacer de modo que en cada terminal del BJT llegue la tension correcta y circule la justa corriente. Para conseguir que utilice un conjunto de resistencias, como se muestra en el siguiente diagrama:

El conjunto de todas las resistencias que polarizan el BJT se dice red de polarización.

Denotemos por R_C  el resistor  que se conecta en el colector, con R_E el resistor del emisor; con R₁ y R₂ con las dos resistores del divisor de tensión.

Vamos a empezar desde el resistor R_C, dijo resistor de colector; el propósito de este resistor es dar la tensión correcta para el colector y, juntamente con el BJT y R_E, para hacer circular  la corriente adecuada de colector I_C. Si tenemos en cuenta la malla de salida, que consiste en R_C, el BJT y R_E, aplicando el principio de tensiones de Kirchhoff podemos escribir la siguiente ecuación:

Es decir, toda la tensión suministrada por el generador de tensión se divide en la suma de las tres caídas de tensión, que a través de R_C, es decir, R_C I_C,  que entre el colector y el emisor, es decir, V_CE, y que a los bornes de R_E, es decir, R_E I_E. Ahora vemos cómo el transistor se comporta como un amplificador. La tensión de salida  la  tomamos para los bornes del colector; esta tensión es siempre positiva, sin embargo, puede aumentar o disminuir de acuerdo con la caída de tensión a los bornes de R_C, es decir, cuanto mayor es la caída tensión a los bornes de R C, menor es la tensión de salida V_s, dibujada entre el colector y masa; de hecho:

V_s = V_CC - R_C I_C

de esta fórmula vemos que no podemos quitamos el resistor R_C, de lo contrario la V_s sería siempre igual a V_CC, y no habría ninguna amplificación de tensión; en la práctica R_C toma el valor de algunos kW;

Donde  I₁ es la corriente en R₁, y I₂ es la corriente de R₂. También:

I₁ = I_D + I_B

en lugar de eso  I₂ = I_D.

La segunda malla de entrada está constituida por el generador de mallas V_CC, por el resistor R₁, la tensión V_BE entre la base y el emisor, y R_E; la ecuación de malla  es:

Hay, finalmente, una tercera malla sin generadores, que consiste en R₂ ,  V_BE y R_E; la ecuación es como sigue:

A partir de esta última ecuación vemos que la tensión en la base V_BE está influenciada por la tensión en los extremos de el resistor R_E, es decir, V_E; en efecto

Es decir, con el aumentar de la tensión de emisor disminuye la tensión en la base y por lo tanto también la corriente de base I_B; se dice que R_E estabiliza el circuito, es decir, R_E se asegura de que si se produjera por causas externas un aumento de la corriente de base, lo que resulta en aumento de la corriente de colector, aumenta la caída de tensión a los bornes de R_E, a continuación, disminuye la V_BE, y luego la I_B; en última instancia, R_E estabiliza el circuito está en el respeto de las variaciones de temperatura, tanto con respecto a la dispersión de las características; no ciertamente todos los transistores con las mismas iniciales son iguales; entonces puede ser que algunos transistores amplifican más y otras menos.

Examen

Prof. Pietro De Paolis

2014

Curso de Electrónica

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