Introducción

El transistor es un nuevo componente utilizado en las prácticas de electrónica. Este es un dispositivo semiconductor de tres terminales y que se utiliza para una variedad de funciones de control en los circuitos electrónicos.

Entre alguna de las funciones podemos incluir la amplificación, oscilación, conmutación y la conversión de frecuencias. En el reporte siguiente podremos ver los elementos de un transistor, las ventajas de la utilización de los transistores electrónicos, los tipos de transistores, como realizar un test en un transistor, aplicaciones de los transistores y sus encapsulados o materiales que están compuestos.

Símbolos de Transistores

El transistor es un dispositivo semiconductor provisto de tres terminales llamados base, emisor y colector. Se usa para funcionar en circuitos electrónicos como rectificador, amplificador, interruptor…
Estos símbolos se pueden representar dentro de un círculo.

TRANSISTORES DE UNIÓN

FOTOTRANSISTORES

TRANSISTORES FET

TRANSISTORES MOSFE

Con tres terminales o patillas y sustrato unido a la fuente «S»

Polarización del Transistor BJT

• La selección del punto de trabajo de un transistor se realiza a través de diferentes circuitos de polarización que fijen sus tensiones y corrientes.
• La polarización con una fuente sin resistencia de emisor es poco recomendable por carecer de estabilidad; bajo ciertas condiciones se puede producir deriva térmica que autodestruye el transistor.
• La polarización con una fuente es mucho más estable aunque el que más se utiliza con componentes discretos es el circuito de auto polarización.
• La polarización de colector-base asegura que el transistor nunca entra en saturación al mantener su tensión colector-base positiva.

A continuación se muestran esquemas de polarización y algunas formulas para poder implementar estos circuitos.

La polarización con una fuente (con resistencia de emisor)

La polarización con dos fuentes (con resistencia de emisor)

La polarización con divisor de tensión (con resistencia de emisor)

Auto polarización (con resistencia de emisor)

ANALISIS DE CIRCUITOS CONFIGURADOS EN EMISOR COMÚN

Rectas de carga

La recta de carga es una herramienta que se emplea para hallar el valor de la corriente y la tensión del diodo. Las rectas de carga son especialmente útiles para los transistores, por lo que más adelante se dará una explicación más detallada acerca de ellas.

Estas son las distintas formas de analizar los circuitos con diodos:

• EXACTA POR TANTEO: Ecuación del diodo exponencial y ecuación de la malla.
• MODELOS EQUIVALENTES APROXIMADOS: 1ª aproximación, 2ª aproximación y 3ª aproximación.
• DE FORMA GRÁFICA: Recta de carga.

Hasta ahora hemos visto las 2 primeras, la tercera forma de analizarlos es de forma gráfica, esto es calculando su recta de carga.

Si de la ecuación de la malla, despejamos la intensidad tenemos la ecuación de una recta, que en forma de gráfica sería:

A esa recta se le llama «recta de carga» y tiene una pendiente negativa.

El punto de corte de la recta de carga con la exponencial es la solución, el punto Q, también llamado «punto de trabajo» o «punto de funcionamiento». Este punto Q se controla variando V_S y R_S.

Al punto de corte con el eje X se le llama «Corte» y al punto de corte con el eje Y se le llama «Saturación».

EJERCITACIÓN:

La fuente de alimentación o fuente de poder como también se le conoce, se define dentro del ámbito de la electrónica, como el instrumento que transforma la corriente alterna, en una o varias corrientes continuas o directas, las cuales son utilizadas para alimentar los diferentes aparatos electrónicos, tales como televisores, computadoras, impresoras, etc.

Esta fuente para dispositivos electrónicos, se encuentra clasificada en lineales y conmutadas. Las lineales se encuentran diseñadas de una manera sencilla, sin embargo puede llegar a ser compleja, a medida que la corriente que suministra se incremente, aunque su regulación de tensión no sea muy eficaz. Una fuente conmutada, se caracterizara por tener la misma fuerza que una lineal, y contar con una estructura mucho más pequeña. Generalmente será más eficiente, sin embargo resulta compleja, por lo que será susceptible a daños. Las fuentes conmutadas son las que se utilizan con frecuencia, cuando se necesita de un diseño compacto y económico.

Los pasos básicos que cumple la fuente de alimentación son:

Transformación: en esta etapa se busca reducir la tensión de entrada a la fuente(generalmente 220 o 120V) a otra tensión más acorde para ser tratada, está capacitada para trabajar con corrientes alternas, es decir que la corriente de entrada será alterna, y la de salida, igual.

Rectificación: es el encargado de transformar la tensión alterna que sale del transformador en tensión continua, su objetivo es garantizar que no se originen fluctuaciones de voltaje en el tiempo, es decir que el voltaje no baje de 0 V y siempre se mantenga sobre esta cifra.

Filtrado: en esta etapa se nivela al máximo la señal, esto se logra al utilizar uno o varios condensadores que retienen la corriente, dejándola pasar poco a poco; a fin de lograr el efecto deseado.

Estabilización: en este paso ya se cuenta con una señal continua y casi del todo plana, por lo que solo es necesario estabilizarla totalmente.

Es muy importante que la fuente de alimentación cuente con una potencia ideal que le permita trabajar de una manera más holgada, ya que en el caso de estar conectada a una computadora, a esta se le suelen añadir otros elementos (teclados, ratones, grabadoras, disco duro, luces, etc.) que terminarán demandándole la energía para poder funcionar; por lo tanto si la potencia es insuficiente, es probable que se origine un fallo en algunos de los dispositivos, impidiéndole funcionar al no llegarle la potencia requerida, originando que la computadora no funcione.

Las fuentes de alimentación pueden ser lineales o conmutativas:

• Fuentes lineales. Siguen el esquema de transformador (reductor de tensión), rectificador (conversión de voltaje alterno a onda completa), filtro (conversión de onda completa a continua) y regulación (mantenimiento del voltaje de salida ante variaciones en la carga).
• Fuentes conmutativas. Estas, en cambio, convierten la energía eléctricapor medio de conmutación de alta frecuencia sobre transistores de potencia. Las fuentes lineales son típicamente de regulación ineficiente, comparadas con fuentes conmutativas de similar potencia. Estas últimas son las más utilizadas cuando se requiere un diseño compacto y de bajo costo.

🔎 ¿QUÉ ES UN DIODO ZENER

Los diodos zener están diseñados para mantener un voltaje constante en sus terminales para esto debe ser polarizado inversamente con un voltaje por arriba de su ruptura o voltaje zener V_z. Cuando se llega al voltaje de ruptura el diodo zener comienza a conducir en la dirección inversa. Se debe considerar que es un elemento no lineal, por lo tanto ΔV_z no es directamente proporcional a ΔI_z. El simbolo correspondiente al diodo zener es posible representar de dos formas:

La potencia máxima prevista para un diodo zener se especifica como P_z = V_z ∙ I_zmaxEs posible representar como una fuente de voltaje V_z y un resistor R_z, como se muestra a continuación:

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🔍 ¿PARA QUÉ SIRVE UN DIODO ZENER?

Son buenos candidatos para construir reguladores de voltaje simples o limitadores de voltaje, ya que al mantener un voltaje de CD estable en presencia de una tensión variable de voltaje y con una resistencia de carga variable.

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⚒ CARACTERÍSTICAS DEL DIODO ZENER

Una de las principales características que identifican al diodo zener es la polarización inversa, ya que un diodo común al ser polarizado inversamente actúa como un circuito abierto. Cuando la corriente a través del diodo zener cambie, el voltaje de salida permanece relativamente constante, es decir la variación de ΔI_z y ΔV_z.

Los diodos Zener se pueden polarizar directamente y comportarse como un diodo norma en donde su voltaje permanece cerca de 0.6 a 0.7 V.  

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♋ CURVA CARACTERÍSTICA DEL DIODO ZENER

La curva característica corriente-voltaje para el diodo zener ideal se muestra en la Imagen en color rojo. Este modelo implica que el diodo zener en polarización directa se comporta como un diodo rectificador o de potencia y está completamente activado para cualquier voltaje mayor o igual a 0, al tener polarizado inversamente se tiene que permite el flujo de corriente hasta tener el voltaje de ruptura o voltaje zener (V_z). Una buena aproximación inicial para el diodo zener real se da por la línea de color azul, en la región de polarización directa se muestra muy similar al diodo normal o a la curva característica del diodo pero para este caso en la región de polarización inversa se puede observar que tiene una fuga de corriente antes de llegar al voltaje de ruptura hasta llegar al punto de operación que corresponde al voltaje zener.

Se puede concluir que el diodo zener es posible operar en tres intervalos1.- Vd < Vz : Donde la corriente circula desde el cátodo hacia el ánodo. 
2.- Vz < Vd < V0: Donde la corriente que circula a través de este elemento es tan pequeña que puede ser despreciada. 
3.- Vd > V0: Donde la corriente fluye desde el ánodo hasta el cátodo.

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⚡ REGULADOR DE VOLTAJE CON DIODO ZENER

Un circuito muy simple consiste en poner un diodo zener en serie con un resistor. El voltaje de salida del circuito Vsal se mantiene o es regulada por el diodo zener al voltaje zener V_z.

Nota: Ya que la carga aplicada al regulador de voltaje cambiará con el tiempo y por ende la fuente de voltaje mostrará fluctuaciones se debe tener consideración al efecto sobre el voltaje regulado Vz.

Del circuito se obtiene que la corriente zener esta relacionada con los voltaje del circuito de acuerdo con: I_z = (V_ent – V_z)/R

Debido al cambio del tiempo se considera un delta: ΔI_z = (ΔV_ent – ΔV_z)/R

Es posible definir una resistencia R_z o R_d que corresponde al V_d de un diodo Zener (tomando en consideración que el diodo zener se puede descomponer en una fuente V_z y un resistor R_z). Esto permite expresar el cambio de corriente zener en términos del cambio en el voltaje zener:ΔI_z = ΔV_z/R_d

Especificaciones relevantes para el análisis que podemos encontrar en la hoja de datos del fabricante:I_zt : Corriente zener nominal 
R_z o R_d: Impedancia dinámica máximaEn un diseño de circuito que contenga un diodo zener es necesario que la corriente zener supere I_zt, ya que al no superar entonces estaría operando cerca de la “rodilla”  de la curva característica, donde la regulación es pobre.Por lo tanto para nuestro regulador de voltaje se puede expresar en términos de fluctuaciones en el voltaje de la fuente V_ent que al ser cambios en el tiempo se representa como ΔV_ent, de esto obtenemos la siguiente ecuación:

ΔV_sal = ΔV_z = R_d/(R_d+RΔ)*V_ent

La ecuación representa un cambio de voltaje, por lo tanto, el circuito actúa como un divisor de voltaje con el diodo zener representado por su resistencia dinámica a la corriente de operación del circuito.

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📝 TABLAS DE DIODOS ZENER

En las siguiente tabla se muestra algunos diodos zener con su voltaje de ruptura o voltaje zener V_z

Serie BZX55 de 0.5W
Código	Voltaje Zener	Código	Voltaje Zener
BZX55C2V4	2.4	BZX55C15	15
BZX55C2V7	2.7	BZX55C16	16
BZX55C3V0	3	BZX55C18	18
BZX55C3V3	3.3	BZX55C20	20
BZX55C3V6	3.6	BZX55C22	22
BZX55C3V9	3.9	BZX55C24	24
BZX55C4V3	4.3	BZX55C27	27
BZX55C4V7	4.7	BZX55C30	30
BZX55C5V1	5.1	BZX55C33	33
BZX55C5V6	5.6	BZX55C36	36
BZX55C6V2	6.2	BZX55C39	39
BZX55C6V8	6.8	BZX55C43	43
BZX55C7V5	7.5	BZX55C47	47
BZX55C8V2	8.2	BZX55C51	51
BZX55C9V1	9.1	BZX55C56	56
BZX55C10	10	BZX55C62	62
BZX55C11	11	BZX55C68	68
BZX55C12	12	BZX55C75	75
BZX55C13	13

Serie 1N47 de 1W
Código	Voltaje Zener	Código	Voltaje Zener
1N4728	3.3	1N4746	18
1N4730	3.9	1N4747	20
1N4731	4.3	1N4748	22
1N4733	5.1	1N4749	24
1N4734	5.6	1N4750	27
1N4735	6.2	1N4751	30
1N4736	6.8	1N4752	33
1N4737	7.5	1N4753	36
1N4738	8.2	1N4755	43
1N4739	9.1	1N4756	47
1N4740	10	1N4757	51
1N4741	11	1N4758	56
1N4742	12	1N4760	68
1N4743	13	1N4761	75
1N4744	15	1N4764	100
1N4745	16

Serie BZX85 de 1.3W
Código	Voltaje Zener	Código	Voltaje Zener
BZX85C2V7	2.7	BZX85C18	18
BZX85C3V0	3	BZX85C20	20
BZX85C3V3	3.3	BZX85C22	22
BZX85C3V6	3.6	BZX85C24	24
BZX85C3V9	3.9	BZX85C27	27
BZX85C4V3	4.3	BZX85C30	30
BZX85C4V7	4.7	BZX85C33	33
BZX85C5V1	5.1	BZX85C36	36
BZX85C5V6	5.6	BZX85C39	39
BZX85C6V2	6.2	BZX85C43	43
BZX85C6V8	6.8	BZX85C47	47
BZX85C7V5	7.5	BZX85C51	51
BZX85C8V2	8.2	BZX85C56	56
BZX85C9V1	9.1	BZX85C62	62
BZX85C10	10	BZX85C68	68
BZX85C11	11	BZX85C75	75
BZX85C12	12	BZX85C82	82
BZX85C13	13	BZX85C91	91
BZX85C15	15	BZX85C100	100
BZX85C16	16

Filtro de condensador

Un filtro de condensador es un circuito eléctrico formado por la asociación de diodo y condensador destinado a filtrar o aplanar el rizado, dando como resultado una señal eléctrica de corriente continua cuya tensión no varía prácticamente en el tiempo. El circuito es el mismo que el empleado en la rectificación añadiendo un condensador, por lo que al igual que existen rectificadores de media onda y de onda completa.

FILTROS RC.

Antes de los años setenta se conectaban filtros pasivos entre el condensador del filtro y la carga para reducir el rizado a menos del 1%.

La intención es obtener una tensión continua casi perfecta, similar a la que proporciona una pila. En la actualidad es muy raro ver filtros pasivos en diseños de circuitos nuevos, es más común usar circuitos estabilizadores de tensión. Sin embargo estos estabilizadores tienen sus limitaciones y es posible que no quede más remedio que usar un filtro pasivo.

La figura muestra dos filtros RC entre el condensador de entrada y la resistencia de carga. El rizado aparece en las resistencias en serie en lugar de hacerlo en la carga. Valores adecuados para las resistencias y los condensadores son:

R = 6,8 ohms, C = 1000 µF

Con estos valores cada sección atenúa el rizado en un factor de 10, se coloca una, dos, o tres secciones RC.

La desventaja principal del filtro RC es la pérdida de tensión en cada resistencia. Esto quiere decir que el filtro RC es adecuado solamente para cargas pequeñas. Es útil si se tiene un circuito digital controlando relés, estos relés crean ruidos en la alimentación provocando el mal funcionamiento del circuito digital, con una sección de este filtro para la alimentación digital se soluciona el problema.

FILTROS LC.

Cuando la corriente por la carga es grande, los filtros LC de la figura presentan una mejora con respecto a los filtros RC. La idea es hacer que el rizado aparezca en los componentes en serie, bobinas en este caso. Además, la caída de tensión continua en las bobinas es menor porque solo intervienen la resistencia de los devanados.

Los condensadores son de 1000 µF y las bobinas entre más grandes mejor. Normalmente estas últimas ocupan casi tanto espacio como el transformador, de hecho, parecen transformadores, con una sola sección se reduce el rizado hasta niveles bajísimos.

Parámetros.

Reguladores

Un regulador de tensión o regulador de voltaje es un dispositivo electrónico diseñado para mantener un nivel de tensión constante.

Los reguladores electrónicos de tensión se encuentran en dispositivos como las fuentes de alimentación de los computadores, donde estabilizan las tensiones de Corriente Continua usadas por el procesador y otros elementos. En los alternadores de los automóviles y en las plantas generadoras, los reguladores de tensión controlan la salida de la planta. En un sistema de distribución de energía eléctrica, los reguladores de tensión pueden instalarse en una subestación o junto con las líneas de distribución de forma que todos los consumidores reciban una tensión constante independientemente de cuanta potencia exista en la línea.

Reguladores de tensión fija series 78XX y 79XX

Por regulador LM317.

Datasheet LM317DESCARGA

El LM317 es un regulador de tensión positivo con sólo 3 terminales y con un rango de tensiones de salida desde los 1.25 hasta 37 voltios.

Las patillas son: Entrada (IN), Salida (OUT), Ajuste (ADJ)

Para lograr esta variación de tensión sólo se necesita de 2 resistencias externas (una de ellas es una resistencia variable).

Entre sus principales características se encuentra la limitación de corriente y la protección térmica contra sobrecargas. La tensión entre la patilla ADJ y OUT es siempre de 1.25 voltios (tensión establecida internamente por el regulador) y en consecuencia la corriente que circula por la resistencia R1 es:

Esta misma corriente es la que circula por la resistencia R2. Entonces la tensión en R2:

Si se sustituye IR1 en la última fórmula se obtiene la siguiente ecuación:

Como la tensión de salida es:

Entonces

Simplificando (factor común)

De esta última fórmula se ve claramente que si modifica R2 (resistencia variable), se modifica la tensión Vout. En la fórmula anterior se ha despreciado la corriente (IADJ) que circula entre la patilla de ajuste (ADJ) y la unión de R1 y R2. Esta corriente se puede despreciar, tiene un valor máximo de 100 uA y permanece constante con la variación de la carga y/o de la tensión de entrada. Para mejorar la regulación el resistor R1 se debe colocar lo más cercano posible al regulador, mientras que el terminal que se conecta a tierra del resistor R2 debe estar lo más cercano posible a la conexión de tierra de la carga

CONCEPTO:   Resistencia eléctrica es toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un circuito eléctrico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la circulación de la corriente eléctrica.

CLASIFICACIÓN:

• Resistencias fijas:Son las que presentan un valor óhmico que no podemos modificar.
• Resistencias variables: Son las que presentan un valor óhmico que nosotros podemos variar modificando la posición de un contacto deslizante.
• Resistencias especiales: Son las que varían su valor óhmico en función de la estimulación que reciben de un factor externo (luz, temperatura…)

Tolerancia de una resistencia eléctrica:

La tolerancia de una resistencia eléctrica/ resistor es el  valor ohmico que nos dice que tanto (en porcentaje) puede variar el valor de la resistencia , osea,  esta se define como el campo comprendido entre el valor máximo y el mínimo de su valor indicado por el fabricante. 

RESISTENCIA SMD O SMT

Los resistores son el componente SMD más utilizado electrónico. Millones de resistencias son usadas diariamente en la producción producir de equipos electrónicos desde teléfonos celulares hasta televisores y reproductores de MP3, equipos de comunicaciones comerciales  y equipos de investigación de alta tecnología.

LEYES BÁSICAS DE LA ELECTRICIDAD

LEY DE OMH:

La Ley de Ohm establece que la intensidad que circula por un conductor, circuito o resistencia, es inversamente proporcional a la resistencia (R) y directamente proporcional a la tensión (E).

La ecuación matemática que describe esta relación es:

Donde, I es la corriente que pasa a través del objeto en amperios, V es la diferencia de potencial de las terminales del objeto en voltios, y R es la resistencia en ohmios (Ω). Específicamente, la ley de Ohm dice que la R en esta relación es constante, independientemente de la corriente.

LEY DE WATT:

La potencia eléctrica suministrada por un receptor es directamente proporcional a la tensión de la alimentación (V) del circuito y a la intensidad de corriente (I) que circule por él.

Donde:

P= Potencia en watt

V= Tensión en volt (V)

I= Intensidad de corriente en ampere (A)

Watt es la unidad de potencia del Sistema Internacional de Unidades, su símbolo es W. Es el equivalente a 1 julio por segundo (1 J/s).

Expresado en unidades utilizadas en electricidad, el Watt es la potencia producida por una diferencia de potencial de 1 voltio y una corriente eléctrica de 1 amperio (1 VA).

La potencia eléctrica de los aparatos eléctricos se expresa en Watt, si son de poca potencia, pero si son de mediana o gran potencia se expresa en kilovatios (kW).

EJEMPLOS DE APLICACIÓN:

1. ¿Cuál es la potencia consumida por un cautín de soldar por el cual circula una corriente de 0,16A (160mA) y está conectado a la red de 220V.

2. ¿Qué corriente circula por una lámpara de 100W, conectada a la red de 220V?

LEYES DE KIRCHHOFF:

a) Ley de nodos o ley de corrientes

En todo nodo, donde la densidad de la carga no varíe en un instante de tiempo, la suma de corrientes entrantes es igual a la suma de corrientes salientes. Ficho de otra forma la suma de corrientes que entran a un nodo es igual a la suma de las corrientes que salen del nodo.

Suma de corrientes entrantes = Suma de las corrientes salientes

I1 = I2 + I3

Un enunciado alternativo es, en todo nodo la suma algebraica de corrientes debe ser 0.

Ejemplo: Calcular la corriente desconocida del circuito:

Suma de corrientes entrantes = Suma de las corrientes salientes

7A = I2 + 4A

7A – 4A = I2

I2 = 3A

DIVISOR DE TENSIÓN: Un divisor de tensión es una configuración de circuito eléctrico que reparte la tensión eléctrica de una fuente entre una o más impedancias conectadas en serie.

DIVISOR DE CORRIENTE:

 Un divisor de corriente es un circuito eléctrico que transforma una corriente de entrada en otras 2 corrientes diferentes más pequeñas. A una de las corrientes o intensidades se le suele llamar de salida (Is).

 Al igual que un divisor de tensión convierte una tensión en otra más pequeña, el divisor de corriente convierte una corriente en otra más  pequeña.

 El circuito para conseguir esto es un simple circuito de 2 resistencias en paralelo como el que puedes ver en la figura siguiente:

ANALISIS DE CIRCUITOS:

Circuito en serie. Circuito donde solo existe un camino para la corriente, desde la fuente suministradora de energía a través de todos los elementos del circuito, hasta regresar nuevamente a la fuente. Esto indica que la misma corriente fluye a través de todos los elementos del circuito, o que en cualquier punto del circuito la corriente es igual.

Circuito en paralelo. Se habla de conexión en paralelo de un circuito recorrido por una corriente eléctrica, cuando varios conductores o elementos se hallan unidos paralelamente, mejor dicho, con sus extremos comunes. En un circuito en paralelo cada receptor conectado a la fuente de alimentación lo está de forma independiente al resto; cada uno tiene su propia línea, aunque haya parte de esa línea que sea común a todos. Este tipo de circuito también recibe el nombre de divisor de corriente.

circuito eléctrico mixto es aquel que resulta de la combinación de dos configuraciones básicas: circuitos en serie y circuitos en paralelo. Se trata de los montajes más comunes en la vida cotidiana, ya que las redes eléctricas convencionales resultan de la mezcla de circuitos secuenciales y paralelos entre sí.

Para calcular los valores equivalentes de cada componente (resistencias, condensadores, inductores, etc), se recomienda simplificar el análisis reduciendo el circuito a su expresión más simple. Es factible calcular las caídas de tensión y el flujo de corriente a través de cada uno de los receptores.

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