Unidad I EI

ELECTRONICA
INDUSTRIAL
PRELIMINARES
GONZALO MARDONES PEÑA
[email protected]
Bibliografía:



Thomas L. Floyd
Dispositivos Electrónicos
Albert Malvino
Principios de Electrónica
C.J. Savant / Martin Roden
Diseño de Circuitos Electrónicos
EVALUACIÓN
Evaluación Unidad Ia
Evaluación Unidad Ib, IIa
Evaluación Unidad IIb, IIIa
Evaluación Unidad IIIb
Evaluación Unidad IV
TOTAL
04/04
09/05
13/06
04/07
19/07
15 %
18 %
20 %
22 %
25 %
100 %
ELECTRONICA ANALOGA
Y DIGITAL
UNIDAD I
DISPOSITIVOS ELECTRÓNICOS DISCRETOS E
INTEGRADOS PARA TRATAMIENTO DE SEÑALES
Unidad I
AMPLIFICADORES CON BJT
Introducción



Tiene tres zonas dopadas, Colector, Base y Emisor
Puede ser npn o pnp y es equivalente a dos diodos en oposición
Esquema
RC
Colector
n
RB
VBB
p
VBE
Base
n
Emisor
VCE
VCC
Unidad I
AMPLIFICADORES CON BJT
Corrientes del BJT.

Existen tres corrientes en el BJT, de Colector, Base y Emisor que
cumplen con la KCL.
I E  IC  I B

Eq. 4.1
Símbolo y diagrama de corrientes
Corriente
npn
Flujo
electr.
IC
IB
IB
IE

IC
Corriente
pnp
IC
IB
IE
IE
Parámetro β, Relación entre corriente de base y colector:
I C  I B
Eq. 4.2
Unidad I
AMPLIFICADORES CON BJT
Curvas Características.

Curvas en malla colector:
Análoga a lo anterior se puede medir VCE e IC para otro valor de IB
y obtenemos una segunda curva, proceso que se puede repetir
obteniendo una familia de curvas para un valor de β
Familia de curvas de Salida Colector
IC
Ruptura
Saturación
mA
7
Activa
70 uA
60 uA
6
50 uA
5
40 uA
4
30 uA
3
20 uA
2
10 uA
1
0 uA
1V
Corte
VCE
40 V
Unidad I
AMPLIFICADORES CON BJT
Zonas de Operación BJT.

Región Activa:
VCE entre 1V y 40V, diodo emisor en directa, diodo colector en
inversa
Colector captura casi todos los e– emitidos por emisor

Región de Disrupción:
El BJT se destruye y el diseño NUNCA debe alcanzarla

Región de Saturación:
VCE entre 0V y 1V, diodo colector no tiene suficiente tensión para
capturar e–, en esta zona β es menor a lo normal e IB es mayor a lo
normal.

Región de Corte:
Es cuando IB = 0, hay una pequeña IC debido a la corriente inversa
de saturación y una corriente de fuga.
Para un 2N3904 IC = 50 nA, si IC = 1mA, esta corriente inversa es de
un 5%, error que debiera considerarse en ciertos diseños.
Unidad I
AMPLIFICADORES CON BJT
Hoja Característica BJT.

Disrupción
VCEO: Tensión máxima de disrupción entre colector y emisor con
base abierta.
VCBO: Tensión máxima de disrupción entre colector y base con
emisor abierto
VEBO: Tensión máxima de disrupción entre base y emisor con
colector abierto

Potencia y corriente
IC: Corriente continua máxima de colector
PD: Potencia máxima a 25ºC, hay un factor de ajuste que se debe
reducir por cada ºC.
Se puede aumentar la potencia con disipadores

Ganancia de corriente
hFE: Corresponde a β es variable y tiene valores mínimos para
diferentes IC y un valor máximo.
Unidad I
AMPLIFICADORES CON BJT
Variaciones de β.

Este parámetro varía con la corriente de base y con la
temperatura como se muestra en la figura.
β o hFE
200
100
70
50
125 ºC
25 ºC
-55 ºC
30
20
10
0,1
IC mA
1,0
10
100 200
Unidad I
AMPLIFICADORES CON BJT
Operación del Amplificador.

Polarización:
Operación dc. Propósito, establecer punto Q sobre el que las variaciones de
tensión V y corriente I, puedan ocurrir en respuesta a una entrada ca.
V
VCC
ic
IC
VCE
VCE
Vb
VCE
R1
VB
RC
C2
VCE
VCE
RS
VCE
Vin
ib
IB
VCE
C1
VCE
R2
RE
Vce
RL
t

Amplificador Lineal:
Amplifica una señal sin distorsión, la señal de salida es una réplica.
A medida que aumento ib, aumenta ic y disminuye vce, por lo que se produce un
desfase de 180°
Unidad I
AMPLIFICADORES CON BJT
Operación del Amplificador.

Amplificador Lineal:
Amplificación
mA IC
5
ic
IC
50 uA
ib
4
IB
40 uA
30 uA
3
Q
2
20 uA
10 uA
1
0 uA
1V
VCE
VCE
40 V
Vce
Unidad I
AMPLIFICADORES CON BJT
Amplificador en Emisor Común.

Circuito:
Existe EC, Colector común y Base común y el análisis es equivalente. Se
dispone de un divisor de tensión, condensadores de acoplamiento C1 y C3 y un
condensador puente C2 en el emisor.
VCC
VC
Vb
R1
Vb
0
Vc
RC
C3
Vin
0
VCE
C1
R2
RE
C2
RL
Vout
Señal ac en base, emisor en 0
para señal ac, no para dc.
Análisis de cd se hace según el
divisor de tensión.
Análisis en ca:
1.- Circuito equivalente en ca
2.- Tensión ca. en la base.
3.- Resistencia de entrada en base
4.- Ganancia de voltaje
5.- Estabilidad
6.- Ganancia de corriente
7.- Ganancia de potencia
Unidad I
AMPLIFICADORES CON BJT
Amplificador en Emisor Común.

Análisis en ca:
Circuito equivalente en ca
Para esto los condensadores C1, C2 y C3 se deben cortocircuito y las fuentes de dc
se hace cero (por teorema de superposición). De esta manera el circuito queda:
RS
Vs
R1
 RinT
Vb  
 Rs  RinT

Vs

Tensión ca en base y Rin
Si Rs = 0 entonces Vb = Vin, si no se
deben considerar tres factores para
RC
determinar Vb.
 Resistencia de fuente Rs
R2
 Resistencia de polarización R1||R2
 Resistencia de entrada ca Rin(base)
Estas tres forman la Resistencia de
entrada total RinT = R1||R2||Rin(base)
De esta manera:
Rin base    ca r 'e
r 'e 
25mV
IE
El parámetro r’e es una resistencia
entre emisor y base e IE es dato o se
calcula en dc.
Unidad I
AMPLIFICADORES CON BJT
Amplificador en Emisor Común.

Análisis en ca:
Ganancia de voltaje
Se define como ganancia la razón entre Vo y Vin lo que en este modelo es Vin =
Vb y Vo = Vc. Esto se representa en la figura y considerando el condensador de
puente y que ie ≈ ic además se tiene:
Considerando fuente ca con Rs
C
Vo Vc
Av 

que produce atenuación Ats
V
V
in
αi
ca
Vc
RC
b
Vc   ca I e RC  I e RC
Vb  I e r 'e
e
B
Av 
r’e
Vb
ie
Vs Rs  RinT

Vb
RinT
Para amplificador completo
A'v 
Vc
A
 v
Vs At s
RC
r 'e  RE Sin condensador puente
R R R  RL 
R R R  RL 
Av  C L C
Av  C L C
r 'e  RE
r 'e
Av 
E
I e RC RC

I e r 'e r 'e
At s 
Efecto de resistencia de carga RL con y sin
condensador puente
Unidad I
AMPLIFICADORES CON BJT
Amplificador en Emisor Común.

Análisis en ca:
Estabilidad
Medida que indica qué tan bien un amplificador mantiene sus valores de diseño
bajo cambios de temperatura u otros parámetros como β.
Sin condensador puente la ganancia es menor, pero con condensador puente la
ganancia aumenta pero se hace dependiente sólo de r’e.  este varía con la T° por
lo tanto se hace inestable.
Para estabilizar el circuito se usa una resistencia RE1 y RE2 donde una de ellas se
puentea. Se logra una mayor ganancia, no máxima, pero bastante más estable.
Ganancia de Corriente
Para el transistor corresponde a la razón ic/ib, es decir Ai = βca.
amplificador es la razón A’i = ic/is siendo:
is 
Para el
Vs
Rs  RinT
Ganancia de Potencia
Corresponde al producto ganancia de tensión y ganancia de corriente, para el
transistor y el amplificador son:
Ap  Av  Ai
A' p  A'v  A'i
Unidad I
TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO
El JFET (Transistor de Efecto de Campo de Unión).

Concepto:
Opera con una juntura pn polarizada en inversa para controlar corriente en un
canal. Según su estructura hay dos tipos de JFET, canal tipo n y canal tipo p.
Cada
canal
tiene
dos
terminales, el “drenaje” y la
“fuente”.
Se difunden dos
regiones de dopado contrario
para formar una “válvula” que
abre o cierra el canal. Estas se
conectan a la “compuerta”

Operación Básica:
Para un JFET canal tipo n: VDD entrega corriente del drenaje “D” a la
fuente “S” y VGG establece voltaje de polarización inversa entre la
compuerta “G” y la fuente.
Unidad I
TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO
El JFET (Transistor de Efecto de Campo de Unión).
Operación Básica:

Como opera con una juntura pn G-S polarizada en inversa con tensión negativa
en G produce una zona de empobrecimiento lo largo de la juntura pn la que se
extiende al canal n con lo que aumenta la resistencia por estrangulación del
canal.
D
RD
0
n
VDD
G
p
p
VGG
Drenaje
Compuerta
D
G
Fuente
Canal tipo n
Drenaje
Compuerta
S
D
Canal tipo p
n
S
G
Fuente
VGS
S
max
VGS
ID
0
max
ID
Unidad I
TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO
Parámetros y Características del JFET.
El JFET opera como un dispositivo de corriente constante controlado por
voltaje.

Regiones del JFET:
Región Óhmica:
Si VGS = 0, al aumentar VDD, ID incrementa proporcionalmente entre puntos A y B.
En esta área la resistencia del canal es más menos constante y se dice región
óhmica porque VDS e ID se relacionan por la ley de Ohm.
Región Activa
Entre el punto B y C en la figura (b). A medida que aumento VDS, ID se mantiene
constante porque se produce una zona libre de portadores que ensancha el canal.
Región Ruptura
Tras el punto C.
El JFET se daña
Unidad I
TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO
Parámetros y Características del JFET.

Parámetros del JFET:
Voltaje de estrangulamiento:
Si VGS = 0, corresponde al valor de VDS cuando ID empieza a ser constante, justo a
la salida de la región óhmica. Se denota como VP.
Familia de curvas
El análisis anterior es cuando VGS = 0, si este empieza a hacerse más negativo
aparecen curvas como se ve en la figura. Se ve también que ID se hace constante
con un VDS < a VP, por lo que el estrangulamiento comienza a ocurrir antes a
medida que VGS aumenta negativamente.
Unidad I
TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO
Parámetros y Características del JFET.

Parámetros del JFET:
Voltaje de corte:
Si se ve la familia de curvas, ID se hace más pequeña a medida que VGS aumenta
negativamente. Llegará un momento en que el canal se estrechará tanto que ID = 0,
este punto se conoce como voltaje de corte.
Característica de Transferencia Universal
Se ve que VGS varía de 0 a un voltaje de corte, para canal de tipo n, este valor es
negativo, para canal tipo p es positivo pero el comportamiento es similar.

VGS 
I D  I DSS 1 

 VGS corte  
Unidad I
TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO
Polarización de un JFET.
Usando algunos parámetros del JFET previamente analizados, se verá como
se polarizan voltaje de cd. Al igual que con el BJT, el propósito de la
polarización es seleccionar el voltaje de cd de VGS apropiado para establecer
un valor deseado de ID y, por consiguiente, un punto Q apropiado. Existen
tres tipos de polarización:

Autopolarización:
Circuito y cálculo de parámetros:
RG en serie a la compuerta bo afecta
polarización porque en la práctica no
hay caída de tensión, puesto que
VG = 0. Su función es aislar una señal
ac del amplificador. ID = IS
Canal n
Canal p
VS  I D RS
VS   I D RS
VGS   I D RS
VGS  I D RS
+VDD
-VDD
RD
RD
VG = 0
RG
VG = 0
IS
RS
RG
IS
VD  VDD  I D RD VD  I D RD  VDD
VDS  VD  VS
VSD  VS  VD
Canal tipo n
Canal tipo p
RS
Unidad I
TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO
Polarización de un JFET.

Autopolarización:
Cálculo del punto Q:
V
Se debe determinar ID para un valor deseado de VGS o viceversa.
RS  GS
ID
Calcular RS mediante:
Para un valor deseado de VGS, ID se determina en una de dos maneras: con la curva
de transferencia para el JFET particular o, de forma más práctica, con IDSS y
VGS(corte) de la hoja de datos del JFET mediante:

VGS 
I D  I DSS 1 

 VGS corte 
Punto Q en la mitad de la curva de transferencia:
Para esto se requiere que ID y 0,5 x IDSS. En condiciones de señal, la polarización en
el punto medio permite que la cantidad máxima de corriente en el drenaje oscile
entre IDSS y 0. Esto se logra con VGS = VGS(corte) / 3,4.
Unidad I
TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO
Polarización de un JFET.

Polarización con Divisor de Tensión:
Circuito y cálculo de parámetros
El divisor de voltaje en la fuente del JFET, debe ser más positivo que el voltaje en
la compuerta para mantener la unión compuerta-fuente polarizada en inversa.
Los parámetros y relaciones son:
+VDD
VS  I D RS
VGS  VG  VS
 R2 

VG  VDD 
R

R
2 
 1
ID 
VS VG  VGS

RS
RS
Cálculo del punto Q:
Se obtiene en primer lugar la recta de carga, esto se hace
determinando dos puntos, primero VGS con ID = 0 y luego
ID con VGS = 0. De las ecuaciones anteriores:
ID = 0:
VGS = 0:
V  VGS VG
VGS  VG  I D RS  VG
ID  G

RS
RS
El punto Q es la intersección de la recta calculada con la
curva de transferencia que se muestra en la figura
siguiente:
R2
ID
VG
RD
VD
VS
R1
IS
IS = ID
RS
Unidad I
TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO
Polarización de un JFET.

Polarización con Divisor de Tensión:
Gráfico punto Q
ID
IDSS
Q
- VGS
VGS(corte)
VG
RS
0
VG
Unidad I
TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO
Polarización de un JFET.

Polarización con Fuente de Corriente:
Circuito y cálculo de parámetros
La polarización mediante fuente de corriente es un método para incrementar la
estabilidad del punto Q de un JFET autopolarizado al hacer que la corriente en el
drenaje sea esencialmente independiente de VGS.
Se logra con una fuente de corriente constante en serie con la fuente del JFET.
La corriente de emisor es constante si VEE >> VBE
VDD
Por tanto IE ≈ ID. De esta manera la recta de carga se:
RD
ID
RG
Q1
- VGS
Q2
ID =
0
VEE
RE
Fuente de
corriente
RE
-VEE