4.1 - El Transistor como llave
La aplicación más simple e inmediata del transistor es como una llave, simplemente encendiendo o apagando una carga que se coloca en su colector.
De hecho, aunque es el más simple, es el más importante para los circuitos de control, como los sistemas de automatización, microcontroladores, microprocesadores, shields y circuitos digitales, que tienen prácticamente todo su modo de funcionamiento basado en transistores que operan como llaves.
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En este modo de operación, el transistor no opera en la región lineal de su característica, es, en la región donde tenemos variaciones proporcionales de la corriente del colector según la corriente de base. En este modo el transistor funciona en el corte y la saturación, términos que serán más claros con las explicaciones siguientes.
A continuación, damos un circuito básico en la figura 1, en la que tenemos en el colector del transistor una carga que puede ser una lámpara, un relé, un LED, o cualquier otro dispositivo que requiera una alimentación fija para funcionar.
Cuando no fluye ninguna corriente por la base del transistor, es decir, cuando el interruptor S1 Está abierto, también no tenemos ninguna corriente en el colector del transistor, es decir que está en el CORTE, funcionando como interruptor abierto.
Para accionar el transistor, de modo que actúe como una llave, debemos actuar en su base de modo que tengamos inmediatamente la corriente máxima del colector, es decir, la que la carga requiere para su operación. En otras palabras, el transistor debe pasar rápidamente del CORTE a la SATURACIÓN.
Debemos entonces aplicar un tensión a la base que cause la circulación de una corriente con la intensidad mínima que toma la saturación. Esto se hace cerrando la tecla S1Como puede ver el lector en la figura 2.
En estas condiciones, la corriente base causa una fuerte corriente de colector conectando entonces la carga. El transistor se compone como una llave cerrada.
Vea que en este modo de funcionamiento, el transistor sólo funciona con dos modos de señal en su entrada: cero tensión o ausencia de tensión, cuando debe permanecer en el corte, y suficiente tensión para la saturación (el valor mínimo se determina por las características del circuito).
Este modo de operación aparece mucho en los llamados circuitos de lógica digital, como los de ordenadores, microprocesadores, instrumentos digitales, autómatas digitales, etc. donde sólo tenemos dos modalidades de señales: la denominada nivel bajo o 0 o sea todavía LO, en la que la tensión es nula, y el llamado alto nivel, 1 o incluso HI, donde tenemos una tensión fija positiva de cierto valor (usualmente entre 3,3 y 18 V, dependiendo de la "familia" de los componentes usados), como se puede ver en la figura 3.
Llaves electrónicas en la práctica
Las dos condiciones de los transistores, saturación y corte, pueden asociarse a un bit. Por lo tanto, el estado de un transistor, que lleva a o lo que se puede asociar con el bit 0 o bit1. Los cambios de estado de los millones de transistores de un equipo digital determinan el procesamiento de los datos, es decir, lo que el circuito hace con la información en forma de bits.
Así, en cada momento, cuando uno de estos equipos funciona, sus millones de transistores actúan como llaves que se abren y cierran, cambiando los bits según los cálculos que deben realizarse, los comandos digitales o las imágenes que se deben mostrar en una pantalla o en un monitor de vídeo.
En los circuitos que operan de acuerdo con este principio, y en muchos otros equipos, la salida que obtenemos puede ser insuficiente para accionar dispositivos que requieran corrientes más intensas.
Es común entonces conectar a la salida de estos circuitos un transistor como llave, para controlar un dispositivo externo de una capacidad actual más alta por ejemplo: Relé, lámpara, motor, etc. En la figura 4 Podemos ver un ejemplo de esta aplicación.
Cuando la salida del "circuito lógico de control" está en el nivel bajo, es decir, muestra 0 V, no hay corriente en la base del transistor. Decimos que se encuentra en la corte. Consecuentemente, no hay corriente del colector y el dispositivo de salida controlado está apagado. Si es una lámpara o un LED, estará apagado, y si es un relé, estará con la bobina desenergizada.
Cuando la salida tiene una tensión positiva, entonces tendremos una corriente circulando a través de la base del transistor. Normalmente la resistencia en serie se calcula para permitir la saturación del transistor, de modo que la corriente del colector sea máxima, energizando el dispositivo accionado. Si se trata de una lámpara, se enciende, y si es un relé, tendrá la bobina recorrida por la corriente de la unidad.
Vea que podemos hacer que las cosas funcionen "hacia atrás" si el transistor utilizado es del tipo PNP, como puede ver el lector en la figura 5.
Las corrientes en un transistor PNP circulan en la dirección opuesta a la de las corrientes en un transistor de NPN. De esta manera, según el circuito que el lector puede ver en la figura 6, el transistor estará en el corte cuando la tensión de la base sea igual a la del emisor, es decir, aproximadamente el valor positivo de la tensión de alimentación (representado por + V), o sin ninguna corriente.
Para llevar el transistor a la saturación, es decir, con la corriente de colector máxima, debemos tomar la base a 0 V. Si conectamos a continuación un transistor PNP en la salida de un circuito lógico de control, la unidad será contraria a lo que obtenemos con un transistor NPN , como el lector verá en la figura 7.
Tendremos la carga sin la alimentación, es decir el transistor en el corte, cuando el nivel de tensión de la salida aplicada en la base del transistor es alto, o correspondiendo al tensión positivo de la energía. Por otro lado, el transistor irá a saturación cuando la salida del circuito de control sea cero V, es decir, a nivel bajo. El uso de un tipo de circuito u otro dependerá de la aplicación que tenga en mente al realizar el proyecto.
En la computadora y los circuitos lógicos
Es interesante notar que, basándonos en el hecho de que podemos asociar a los bits 0 y 1 al estado de un transistor, utilizando NPN o PNP, podemos accionar dispositivos con el bit 0, ya sea con el bit 1. Esto es muy importante cuando queremos que el ordenador controle dispositivos externos e incluso internos.
Esto significa que estas configuraciones con los dos tipos de transistores se pueden encontrar en algunos puntos importantes, tanto de los circuitos lógicos, de control, ordenadores y periféricos. ¿Cómo calcular la saturación?
Saber calcular el valor de la resistencia de saturación puede ser interesante para la realización de proyectos. El cálculo que damos a continuación es empírico, es, simplificado, con el fin de llevar a resultados aproximados que serán satisfactorios en la mayoría de las aplicaciones prácticas. Para ello, tomamos el circuito de la figura 8 como punto de partida.
En este circuito tenemos que accionar una carga que requiere una corriente de 100 mA (0,1 a), que puede ser la bobina de un relé o incluso una pequeña lámpara.
Supongamos que el transistor usado tiene un factor de amplificación de 100 veces, esto es, las corrientes de base causan 100 veces más grande la corriente del colector.
Cómo saber cuál es el factor de amplificación de un transistor vamos a ver más lejos en esta lección. También veremos que existe para cada tipo de transistor un margen de valores muy grande, por lo que al realizar cálculos adoptamos, por seguridad, el menor valor.
Eso significa que en nuestro circuito necesitamos una corriente de 1 mA o 0,001 ampères aplicado en la base, para obtener la saturación. Si la tensión aplicada en la entrada es, por ejemplo, 6 V para averiguar lo que el valor máximo del resistor que podemos utilizar, apenas aplique la ley de Ohm, de que es, divida la tensión por la corriente.
A continuación, obtenemos:
R = 6/0.001
R = 6 000 ohms
Tenga en cuenta que este es el valor máximo a aplicar. Para mayor seguridad en la excitación y si usted consigue una saturación bajo cualesquiera condiciones, es común adoptar valores de 2 a 10 veces más pequeños. A continuación, utilizaremos en el circuito resistores entre 600 y 3000 ohms.
4.2 – Polarización del transistor como amplificador
Si se va a utilizar un transistor como amplificador de señal, entonces su funcionamiento debe ser tal que tengamos variaciones de la corriente del colector (o emisor) que corresponden a las variaciones de tensión (y por lo tanto la corriente) aplicadas a la base.
Para ello, el transistor no funcionará en la región de saturación, sino más bien en la región lineal de su curva característica, como puede ver el lector haciendo clic en la figura 9.
Esto significa que debemos pre-fijar la corriente en su base de modo que la corriente del colector esté en un cierto punto intermedio entre el corte y la saturación. Para ello, como hemos visto, tenemos varias posibilidades, ya que ambos podemos amplificar los ciclos completos de una señal como sólo la mitad.
Familias de curvas
Para calcular exactamente el punto de funcionamiento de un transistor, fijando sus corrientes de la polarización correctamente, se utilizan los procedimientos más complejos, que se escapan en este tiempo al propósito de este curso, que es más de conceptos. El estudio más exhaustivo de estos procedimientos se puede encontrar en los volúmenes más avanzados de esta serie.
Las curvas características de los transistores muestran cómo se comportan estos componentes cuando tenemos una polarización fija de su base y el tensión del colector varía. La corriente del colector variará dependiendo de su ganancia generando una familia de curvas como se muestra en la figura 10.
Los manuales y datasheets de los transistores ofrecen estas curvas, dada su importancia para la realización de proyectos, o incluso para la determinación de sustitutos para una aplicación.
Estas curvas se obtienen con corrientes fijas, usualmente de flujos base nulos y crecen en pasos con valores que dependen del transistor analizado.
Así, por la familia de curvas que se muestra en la figura 118, podemos fijar la corriente del colector y la tensión del colector, encontrando un punto de funcionamiento en la parte lineal del componente, llamado la línea de carga, como se muestra en la figura 11.
Los puntos donde la línea de carga corta cada curva de las curvas familiares, para diferentes polarizaciones, permiten al diseñador calcular los componentes de polarización.
Circuitos de polarización
Comenzamos entonces con la polarización más simple que se hace con una sola resistencia como se puede ver en la figura 12.
El resistor conectado a la base de este circuito se calcula para mantener la corriente en un valor que corresponde al punto de operación deseado en la curva característica. En la figura 13 (a) tenemos el caso de un resistor de valor relativamente bajo que mantiene la alta corriente, cerca de la saturación, y con eso sólo tenemos la amplificación de los triciclos negativos de una señal, cuando nos hace tener una disminución de la corriente base y Por lo tanto la corriente del colector.
Vea que en este caso, el transistor no responde a los semiciclos positivos de la señal de entrada, porque significan un aumento de la corriente del colector y el transistor está muy cerca de la saturación. Vea la figura 13 lo que sucede en este caso.
En 13 (b) tenemos polarización con una resistencia que mantiene la corriente base en aproximadamente la mitad de la corriente de saturación, es decir, en un punto que corresponde al centro de la región de operación lineal. En este caso, ambas variaciones en la dirección positiva y negativa de la señal son "sentidas" por el transistor, correspondiendo a variaciones de la tensión actual y del colector.
El transistor, de esta manera, amplifica los dos semiciclos de la señal de entrada. Por último, tenemos en 13 (c) la polarización cercana al corte, con una resistencia de muy alto valor. En este caso, las variaciones negativas del tensión de entrada, que todavía tenderán a disminuir la ya pequeña corriente de la base, no son contestadas.
Ver que si queremos amplificar una señal de audio débil, como un pre-amplificador, debemos elegir cuidadosamente la polarización, ya que tanto en el caso (a) como (c), el corte de uno de los triciclos significará una distorsión de la señal.
Por otro lado, si usamos dos transistores, uno operando como en (a) y el otro como en (b) de la figura 121, podemos tener una amplificación de manera "complementaria", y los dos ciclos de ciclo de la señal serán magnificados sin distorsiones. ¡Vamos a ver cómo hacerlo cuando se estudian los amplificadores!
En la polarización que estudiamos hay un pequeño inconveniente que es su inestabilidad. Los transistores pueden presentar pequeñas desviaciones de sus características, que determinan los valores de los componentes externos en función de las condiciones de funcionamiento, tales como: variaciones en la temperatura ambiente, tensión de alimentación, etc. que el lector puede ver en la figura 14.
Estas variaciones pueden ser lo suficientemente grandes como para cambiar el punto de operación del transistor y, con esto, introducir distorsiones. Una primera posibilidad de mejorar el rendimiento del transistor es con la Polarización automática se muestra en la figura 15.
El resistor de polarización de la base, que fija la corriente en la condición de reposo, está conectado al colector de transistores. Si la corriente del colector tiende a aumentar por sí sola, calentando el componente, por ejemplo, esto causará una disminución de la tensión en este punto.
Recuerde que si la corriente en el transistor aumenta, es como si su resistencia disminuye y por lo tanto hay una caída de tensión en el componente. Sin embargo, esta disminución de la tensión en el colector, aplicada al resistor de la base, hace que la corriente base disminuya también. El resultado de reducir la corriente de base es dejar caer la corriente en el colector, esto es, compensa el efecto de su aumento por calor.
Con este ajuste obtenemos una mayor estabilidad operativa para el transistor. Otra manera de lograr una buena estabilización en una gama más amplia de operación es con la polarización que puede ser Ver en Figura 16.
Utilizamos dos resistores en la base del transistor que forman un divisor de tensión, y de modo que la base no funcione en una tensión muy baja, agregamos un dispositivo de restricción al emisor.
Recordamos que estas polarizaciones encuentran disposiciones similares en configuraciones de base común e y colector común, ya que lo que vimos fue mostrado en la configuración de emisor común.
4.3 – Ganancias alfa y beta
Para especificar el factor de amplificación de un transistor, o su "ganancia", usamos dos términos muy importantes y es bueno que los lectores lo sepan. Mientras estudiamos, cuando conectamos un transistor en la configuración común del emisor, las pequeñas variaciones de la corriente base causan variaciones más grandes de la corriente del colector.
Cuantas veces las variaciones de las corrientes del colector son mayores que las variaciones de la corriente de base nos da la ganancia beta del transistor (β). Este factor es por lo tanto válido para la amplificación de señales de frecuencias muy bajas o corrientes continuas. Para obtener el factor beta, sólo tiene que aplicar la fórmula:
β = IC/IB
Donde:
β = factor beta
IC = corriente del colector
IB = corriente de base correspondiente
Le recordamos que las corrientes deben expresarse en la misma unidad.
Para los transistores comunes, los factores beta pueden variar entre 2 o 3 (transistores de alta tensión y de alta potencia) hasta más de 1000 para los tipos de pequeños señales, y más de 10 000 para los llamados Darlingtons.
Para la relación entre la corriente del colector y la corriente de base con las señales de baja frecuencia o de la corriente directa, y para cierta intensidad actual del colector, normalmente alrededor de 1 mA, también encontramos la especificación "ganancia estática de la corriente" indicada por HFe. Otra manera de indicar la ganancia de un transistor es por el factor alfa (?).
Este factor corresponde a la relación entre la corriente del colector y la corriente del emisor, en la configuración de base común, teniendo en cuenta que la corriente del emisor es siempre mayor que la corriente del colector, ya que corresponde a la suma de la corriente básica con la corriente de colector como se puede ver en la figura 17.
Es fácil ver que cuanto más cerca de 1 es este valor, menor es la corriente base en relación a la corriente del colector y por lo tanto El mayor será la ganancia del transistor. También podemos darnos cuenta de que, tanto como la ganancia alfa de un transistor, nunca llegará a 1. Los valores entre 0,9 y 0,999 son comunes en los transistores actuales.
Hay una relación bien definida entre el factor beta y el alfa y que se da por el Fórmula:
β = α / ( 1 - α)
4.4 - Reguladores de Tensión
Una aplicación importante para un transistor, en un circuito que funciona exclusivamente con corriente continua, es como regulador en las fuentes de alimentación.
Cuando estudiamos el principio de funcionamiento de los diodos zener, vimos que esos dispositivos tenían como característica principal mantener la tensión constante entre sus terminales y así funcionar como reguladores de tensión. Sin embargo, también vimos que estos componentes tienen una capacidad limitada para impulsar la corriente, es que no pueden estabilizar fuentes de corrientes muy intensas.
Mientras que los zener de alta potencia están actualmente disponibles, debido a su precio, en las aplicaciones más comunes donde se desea una mayor corriente y, consecuentemente, en muchos circuitos de control y potencia, se utiliza un truco que veremos ahora.
Lo que se hace es establecer la tensión deseada en la salida de una fuente a través de un zener y utilizar un transistor de mayor capacidad de corriente para mantenerlo del valor deseado. A continuación, tenemos el uso de transistores como reguladores de tensión. Existen dos configuraciones en las que podemos utilizar Transistores para el propósito indicado. La primera, menos común, que se puede ver en la figura 18, consistente en lo que se llama el "regulador paralelo".
En esta configuración, el transistor está conectado de modo que la carga o el circuito externo alimentado esté entre el colector y el emisor, es decir en paralelo. El Zener establece en la base del transistor el tensión que debe aplicarse a la carga.
Cuando la tensión en la carga varía, el Zener "siente" esta variación que actúa para hacer la impulsión del transistor en mayor o menor intensidad, para compensar la variación. Por lo tanto, si el tensión en la carga aumenta, el Zener actúa haciendo que el transistor aumente su conducción. Con el aumento de la corriente del colector del transistor, baja al valor normal el tensión en la carga.
Un problema de este tipo de regulador es que siempre hay una corriente relativamente intensa conducida por el transistor, causando la generación de una buena cantidad de calor. Eso significa una pérdida de energía muy grande en forma de calor. Esta es una de las razones Las fuentes de la mayoría de los aparatos electrónicos modernos no emplean Esta configuración en sus circuitos.
Un tipo más común de regulador de tensión es lo que se puede observar en la figura 19, siendo llamado "regulador en serie".
En este circuito, el diodo zener establece en la base del transistor la tensión de referencia. El transistor entonces conduce para mantener la tensión constante en su emisor y por lo tanto en la carga alimentada.
Observamos que en este circuito, la tensión que aparece en la salida, es, en el emisor, es de aproximadamente 0,6 V menor que la tensión del zener, ya que debemos compensar este valor para que la junción emisor-base se polarice en la dirección directa.
Podemos utilizar perfectamente los transistores PNP en los mismos circuitos, obteniendo así una regulación en la línea negativa del circuito. Evidentemente el resultado final es el mismo. En la figura 20 podemos Vea la manera de hacerlo.
El valor del resistor utilizado en este circuito serie se calcula de manera que tengamos una corriente compatible con el funcionamiento del zener, y también que sea suficiente polarizar la base del transistor, proporcionando la corriente deseada en la salida.
Si un solo transistor no es capaz de proporcionar la corriente deseada, podemos asociar varias unidades en paralelo, como el lector puede ver en la figura 21.
Sin embargo, para que las corrientes tengan una división que no dependa de las pequeñas diferencias en las características que existen en los transistores, incluso del mismo tipo, los transistores en serie son absolutamente necesarios.
Existe también la posibilidad de utilizar transistores intermedios para un "preamplificador", pero esto el lector verá después de conocer las formas de acoplar los transistores. Para variar la tensión de un regulador de este tipo, hay un truco que incluso se aprovechará en uno de nuestros proyectos prácticos.
El zener establece el tensión de referencia y, paralelamente, conectamos un potenciómetro que actúa como divisor de tensión. De esta manera, girando el cursor del potenciómetro puede variar la tensión en la base del transistor entre 0 y el valor que corresponde a la tensión del zener, como se muestra en la figura 22.
Teniendo en cuenta que el transistor comienza a conducir con aproximadamente 0,6 v, tendremos en su salida (emisor) una tensión que estará entre 0 y 0,6 V a menos que la tensión en el diodo zener. Esta es una manera muy simple de obtener una fuente económica de tensión variable.
Asegúrese de que el funcionamiento del circuito esté apto a mantener constante en la carga la tensión para el cual fue ajustado.
4.5 - Acoplamientos
En dispositivos electrónicos que amplifican señales, o incluso corrientes continuas, usualmente encontramos muchos transistores ya que, dependiendo del propósito, un solo transistor no proporciona la amplificación necesaria.
Estos aparatos están formados por varias etapas, es decir, circuitos de amplificación u otras funciones independientes, y que están interconectados para que la señal pase de una a otra mientras se está trabajando.
La conexión de un circuito a otro, que se llama acoplamiento, debe hacerse para que tengamos la máxima transferencia de una señal a otro paso, pero al mismo tiempo se proporciona una independencia funcional, esto es, la polarización. Tenemos varias maneras de hacer esto y se analizará a continuación.
Acoplamiento directo
La forma más sencilla de transferir la señal de un transistor a otro, o de un paso de amplificador a otro, es a través del acoplamiento directo. En la figura 23 observaremos dos maneras de hacer esto.
Para que el transistor NPN conduzca, debemos tener un aumento de su tensión de base, es decir, la corriente debe circular en la dirección de la base al emisor, lo que causará la circulación de una corriente más grande en la dirección del colector al emisor.
Sin embargo, la corriente entre el colector y el emisor ya tiene la dirección correcta para polarizar la base del transistor PNP, causando así una corriente más grande en la dirección del emisor al colector, como puede ver el lector en la figura 24.
La corriente que obtenemos en el colector del transistor PNP corresponde entonces a la corriente básica del transistor NPN, multiplicada por las ganancias de los dos transistores, aproximadamente! Las variaciones muy pequeñas de la corriente básica del primer transistor (NPN) corresponden entonces a variaciones mucho más grandes de la corriente del colector del segundo transistor (PNP).
Esta configuración de amplificador, por su simplicidad, se utiliza mucho en proyectos de pequeños amplificadores de audio, osciladores y otros circuitos.
También encontramos esta configuración en algunos circuitos de control, digitales, periféricos de informáticos como shields, tarjetas de sonido, amplificadores multimedia, etc. Otra forma de acoplamiento directo es la que se puede ver en la figura 25.
Para esta configuración podemos utilizar transistores del mismo tipo, sin embargo, tenemos un rendimiento ligeramente menor. Es fácil ver que el transistor Q1 actúa como una derivación para la polarización de la base del transistor Q2. Así que un aumento en la conducción de Q1 Causa una disminución en la conducción de Q2, que es un comportamiento diferente al que se obtiene en la configuración con diferentes tipos de transistores (NPN y PNP).
Acoplamiento Darlington
Se trata de una modalidad de acoplamiento directo muy utilizada, proporcionando excelentes resultados con respecto a la amplificación. En la figura 26 tenemos la manera de hacer este acoplamiento y en la imagen siguiente un transistor de Darlington.
Vea que podemos conseguir esta configuración tanto con NPN como con PNP. El resultado final es que conseguimos un “super transistor”. Donde se multiplican las ganancias de los dos transistores asociados. Por lo tanto, si usamos 2 transistores de ganancia 100, vamos a obtener un "Darlington" con ganancia 100 x 100 = 10 000.
La utilidad de esta configuración es tanto, que muchos fabricantes ya tienen en su línea de componentes transistores Darlington, esto es, dos transistores ya están fabricados e interconectados en un mismo chip de silicio y colocados en la misma carcasa, según la figura 27 muestra. Transistores con ganancias de1 000 y 10 000 veces están disponibles en el mercado.
Acoplador de RC
Una de las ventajas del acoplamiento directo es que podemos trabajar con señales que van desde corrientes continuas hasta señales de frecuencias relativamente altas. Sin embargo, estamos en desventaja por el hecho de que no hay aislamiento entre los pasos, es decir, los transistores mismos.
Si vamos a trabajar con señales que tienen una cierta frecuencia, es que no son de corriente continua, y queremos un aislamiento entre los pasos, podemos emplear el acoplamiento RC.
A medida que estudiamos, los capacitores ofrecen una pequeña resistencia al paso de señales cuyas frecuencias son altas. Por otro lado Se comportan como un circuito abierto, o sea, ofrecen una oposición infinita al paso de corrientes continuas.
Así, en el acoplamiento que se puede ver en la figura 28, el capacitor permite pasar fácilmente la señal amplificada por Q1 que aparece en su colector, a la base del transistor Q2.
Sin embargo, la tensión de polarización continua del colector Q1, Que es proporcionada por R1, no interfiera con la polarización continúa proporcionada por R2 a la base de Q2. En otras palabras, la señal va de un transistor a otro, pero estos tienen circuitos de polarización completamente independientes.
La ventaja del aislamiento de las polarizaciones de este tipo de acoplamiento se contrapone a la desventaja de que, al pasar la señal de uno a otro transistor, tenemos una cierta pérdida de su intensidad debido al hecho de que la impedancia de salida de Q1, Generalmente no "casa" exactamente con la impedancia de la entrada de Q2.
Acoplamiento LC
En los circuitos de alta frecuencia e incluso en algunos casos de circuitos con señales de audio o bajas frecuencias, tenemos una variación del acoplamiento anterior que es el LC. Los dos acoplamientos se pueden ver en la figura 29.
Como podemos percibir, L viene de inductancia o bobina y C de capacitancia o capacitor.
En este caso, el capacitor permite pasar fácilmente la señal de un paso a otro, pero bloquea la circulación de las corrientes de polarización continuas. Ya el inductor (L1) permite pasar con las corrientes de polarización fácilmente, pero impide el paso de la señal amplificada que de otra manera iría a la fuente.
Acoplamiento al transformador
La diferencia entre la impedancia de salida del transistor Q1 y el transistor de entrada Q2 Puede ser compensado en esta forma de acoplamiento utilizando un transformador, como se muestra en la figura 30.
La señal pasa entonces de una bobina a otra del transformador, pero la polarización de las etapas no. Un tipo de transformador utilizado en esta aplicación Es el llamado "driver" que aparece mucho en pequeños receptores con transistores.
En los circuitos de alta frecuencia tenemos los llamados transistores FI (frecuencia intermedia) e incluso los transistores de RF, como puede ver el
lector en la figura 31.
En el caso de Transistores de FI y RF, los arrollamientos pueden ser sintonizados (ya sea por el movimiento del núcleo o incluso el tornillo de un trimmer) a la frecuencia de operación cuando entonces presentan la impedancia máxima para la señal. Este acoplamiento selectivo tiene entonces la ventaja de dejar ir al siguiente circuito sólo las señales que están en un rango muy estrecho de frecuencias.
Un transformador también se puede utilizar para enganchar un acoplar a la entrada o salida de un paso del amplificador cuando sus impedancias son bastante diferentes.
El rendimiento más alto se obtiene al transferir una señal de un dispositivo a otro de un paso a otro, cuando sus impedancias son iguales. Un ejemplo se puede ver en la figura 32, donde usamos un transformador llamado "salida", para transferir la señal de un transistor (que es un dispositivo cuya salida tiene impedancias relativamente altas) a un altavoz (que es un dispositivo cuya impedancia es muy baja).
El transformador tiene un bobinado primario con impedancia entre 100 y 5 000 ohms (dependiendo de la potencia), y su salida en el secundario es de 4 u 8 ohms, según el altavoz que está destinado a ser utilizado.
Ya, en la figura 33 tenemos un ejemplo donde usamos un transformador para casar la baja impedancia de un micrófono, o incluso un pequeño altavoz que puede ser utilizado en esta función, con la mayor impedancia de la entrada de un amplificador.
Sin el transformador, el altavoz no puede transferir su señal al amplificador, cuando se utiliza como un micrófono, y el rendimiento es mínimo. Además, la baja resistencia del altavoz sobrecarga el dispositivo de salida del amplificador, en el caso de un transistor o válvula. Con el transformador el rendimiento mejora cientos de veces.
4.6 – Desacoplamiento
A medida que estudiamos, el acoplamiento consiste en el proceso de transferencia de un punto a otro, o de un paso a otro, de un circuito, hay varias formas de hacerlo.
Sin embargo, de la misma manera que queremos que una señal pase de un punto a otro de un circuito, en algunos casos necesitamos hacer que no suceda.
En este caso, necesitamos evitar que una señal aparezca en un punto de un circuito o pasar a otra etapa. Lo que hacemos en este caso es desenganchar la señal y, al igual que hay técnicas de acoplamiento, también hay técnicas para desacoplar una señal.
Un primer caso se muestra en la figura 34, donde tenemos un transistor polarizado con un resistor en el emisor.
La función de esto resistor es mantener el tensión del emisor ligeramente por encima del valor de la tierra (0 V), facilitando así la acción de los resistores de base.
Ocurre, sin embargo, que con la señal aplicada a la base de este transistor, la tensión en esto resistor varía dependiendo de la conducción, que trae cambios en la polarización del transistor. Con esto, la ganancia del transistor se ve afectada.
Una manera de evitar esto es causando que la señal amplificada no aparezca en este punto del circuito, desviando a la tierra.
Sabemos que un capacitor exhibe una impedancia baja para señales alternas. Tan apenas conecte en paralelo con el resistor un capacitor que desvíe a la tierra las señales indeseables que aparecían en el resistor. Esto resistor, que se muestra en la figura 35, se denomina "desacoplamiento".
Podemos usar la misma técnica para desacoplar un transistor que funciona en la configuración de base común, evitando que las señales aparezcan en los reemplazos de polarización de la base, como se muestra en la figura 36.
En ambos casos, los valores de los resistores dependen de la frecuencia con la que funciona la señal. Los capacitores electrolíticos de alto valor se utilizan en circuitos de audio. En los circuitos de alta frecuencia se utilizan capacitores cerámicos de valores más pequeños.
Otro caso importante, en el que usamos capacitores de desacoplamiento es en fuentes de alimentación. Los cables o pistas de una placa que une una fuente a un componente representan inductancias y capacitancia parásita, como ya hemos visto. A través de ellos y los cables pueden introducir señales indeseables que alimentan un componente sensible, como un circuito integrado.
En estos casos, utilizamos capacitores desacoplamiento de potencia, como se muestra en la figura 37, cuya función es poner en cortocircuito cualquier señal que pueda entrar en el componente, evitando que eso suceda.
Todavía en las fuentes de alimentación, los capacitores electrolíticos usados en la filtración son levemente inductivos, no permitiendo que las señales de alta frecuencia pasen.
Así, para desacoplar estas señales, que pueden aparecer en el circuito, desestabilizando su funcionamiento, es común conectar en paralelo con estos capacitores, capacitores de cerámica más pequeños, como se muestra en la figura 38.
Los capacitores de cerámica permiten que las frecuencias altas pasen fácilmente, desviando a la tierra. Esta característica se utiliza principalmente en fuentes del circuito de alta frecuencia tales como transmisores.
Finalmente, en la entrada de alimentación de la mayoría de los circuitos, se utiliza un capacitor en paralelo con la fuente, con el fin de desacoplar la fuente, esto es, para evitar que las señales generadas en este circuito pasen a través de la fuente a otros circuitos que también pueden ser Alimentado por ella.
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