Tema 60–Circuitos de conmutación mediante transistores aplicaciones, caracteristicas

Tema 60–Circuitos de conmutación mediante transistores aplicaciones, caracteristicas

1. INTRODUCCIÓN.…………………………………………………………………………………………………………………………………….. 2

2. EL TRANSISTOR BIPOLAR Y EL TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO. ………………………………………… 2

2.1. TRANSISTORES BIPOLARES …………………………………………………………………………………………………………. 2

2.1.1. TRANSISTOR BIPOLAR EN CORTE…………………………………………………………………………………………. 4

2.1.2. TRANSISTOR BIPOLAR EN SATURACION ……………………………………………………………………………… 4

2.2. TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO. …………………………………………………………………………………….. 5

3. RESPUESTA TEMPORAL DEL TRANSISTOR EN CONMUTACION. ……………………………………………………. 5

4. CIRCUITOS DE APLICACIÓN BASICOS DE TRANSITORES. ………………………………………………………………. 6

4.1. TEMPORIZADORES.………………………………………………………………………………………………………………………… 6

4.2. CONTROL DE NIVEL DE LUZ MEDIANTE LDR.……………………………………………………………………………… 7

4.3. DETECTOR DE VALOR MAXIMO. …………………………………………………………………………………………………… 7

5. BASCULA DE SCHMITT O DISPARADOR DE SCHMITT. …………………………………………………………………….. 8

6. CIRCUITOS GENERADORES DE SEÑALES. CIRCUITOS MULTIVIBRADORES. ……………………………… 11

6.1. MULTIVIBRADOR MONOESTABLE ………………………………………………………………………………………………. 11

6.2. MULTIVIBRADOR ASTABLE …………………………………………………………………………………………………………. 13

6.3. MULTIVIBRADOR BIESTABLE ……………………………………………………………………………………………………… 14

7. CIRCUITOS DIGITALES. ………………………………………………………………………………………………………………………. 16

CONCLUSIONES ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 17

BIBLIOGRAFIA UTILIZADA EN EL DESARROLLO DEL TEMA. …………………………………………………………….. 17

1. INTRODUCCIÓN.

El concepto funcional de un circuito de conmutación es el de que frente a una alteración rápida de una tensión, una corriente o una combinación de los dos parámetros, se produce una variación del estado de funcionamiento del circuito que puede emplearse para realizar distintas operaciones, por ejemplo implementar una función lógica.

El uso de los transistores como componente discreto o integrado, formando parte de los circuitos de conmutación esta muy extendido en la actualidad.

En este tema comenzaremos estudiando las características básicas de los transistores bipolares y los transistores de efecto de campo, ya que conocer su funcionamiento es fundamental para entender como funcionan los circuitos en conmutación. Hacemos más hincapié en los transistores bipolares ya que casi todos los circuitos que veremos en este tema están formados con ese tipo de transistores. Una vez vistos los conceptos básicos pasaremos a ver circuitos electrónicos de conmutación, donde mediante impulsos externos se cambia el estado de los transistores de saturación a bloqueo, por ejemplo temporizadores, control de luz mediante LDR, detección del valor maximo. Otro tipo muy importante de circuitos de conmutación es la báscula de Schmitt donde se dan dos posibles estados que quedan determinados por la tensión de entrada así como algunas aplicaciones prácticas (células fotoeléctricas, alarmas, temporizadores). También estudiaremos los multivibradores, conoceremos los distintos tipos así como también sus aplicaciones. Finalizaremos con los circuitos digitales, con algunos ejemplos de cómo los transistores en conmutación son empleados para realizar puertas lógicas

2. EL TRANSISTOR BIPOLAR Y EL TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO.

Eléctricamente, un interruptor es un componente que presenta una resistencia muy elevada (∞) cuando esta abierto al tiempo que una muy baja cuando esta cerrado. Cuando el transistor está en corte se le puede comparar con un interruptor abierto y cuando está en saturación es equivalente a un interruptor cerrado.

Entendemos por polarización de un transistor el hecho de suministrarle una tensión continua con el fin de fijar el punto de funcionamiento (Q) del mismo, situándolo en la zona lineal o zona activa, en la zona de conducción o saturación o en la zona de corte o bloqueo.

A continuación introducimos las características básicas del transistor bipolar y del transistor de efecto de campo.

2.1. TRANSISTORES BIPOLARES

Un transistor bipolar está formado por dos uniones PN en contraposición. Físicamente, está constituido por tres regiones semiconductoras: emisor, base y colector. Hay dos tipos de transistores bipolares: NPN y PNP. El modo normal de hacer operar a un transistor es en la zona directa o activa.

En ausencia de tensiones de polarización, los electrones libres existentes en cada una de las capas del transistor (NPN o PNP) producen dos zonas de difusión originadas por recombinación de los electrones y huecos, con una barrera de potencial próxima a 0.7 v, que es insalvable para los portadores si no se les comunica, externamente energía suficiente.

Para que un transistor funcione en zona activa, las polarizaciones de sus uniones deben ser directa la de base-emisor e inversa la de base-colector, tal como indica la siguiente figura:

clip_image004

Conectándole al transistor dos fuentes de alimentación (Vcc y VEE) con la polaridad y la conexión indicadas en la figura (para el tipo NPN), se polariza en directa el diodo de base- emisor y en inversa el diodo de base-colector. Debido a ello, la mayoría de los electrones que abandonan el emisor (IE) alcanzan el colector (IC) (el sentido de la circulación de la corriente empleado es el real de los electrones, esto es desde el punto de potencial más negativo hacia el potencial más positivo) y circulan por el circuito exterior de éste; el resto, la base (IB) pasa a su terminal externo. La corriente de colector viene dada por la expresión: IE = IC + IB. En la zona activa, el punto de trabajo del transistor en corriente continua (punto Q) puede situarse en diversos lugares de la recta de carga, lo que supone que al variar la posición del punto de trabajo, la IC, IB y la VCE cambiaran sus valores.

Para conseguir que el transistor esté en saturación, se debe polarizar de la siguiente forma (tipo NPN): Las dos uniones PN quedan polarizadas directamente, por lo que las barreras de potencial de ambas uniones se hacen muy pequeñas, y una vez superadas los valores de la barrera de potencial, se facilita la circulación de las corrientes de emisor y colector y se cumple IB = IC + IE.

En saturación no hay corrientes de fugas.

Para polarizarlo en corte, se invierten las polaridades de VCC y VEE, tal y como se muestra en la siguiente figura:

 

clip_image007

clip_image009

Ambas uniones se polarizan inversamente, las barreras de potencial se hacen muy grandes, y debido a su anchura, las únicas corrientes que circulan son las de fugas.

La corriente de emisor tiene un valor muy reducido:

IB = IC + IE IC = IB IE ≈ 0

2.1.1. TRANSISTOR BIPOLAR EN CORTE

Debido a que el montaje más utilizado es el de emisor común, estudiaremos las características del transistor bipolar en corte usando esa configuración:

clip_image011

El hecho de que la corriente de base sea aproximadamente nula es equivalente a mantener el circuito de base abierto. Lo que supone que el potencial existente entre la base y el emisor en el transistor es negativo o nulo. La intensidad de colector cuando la de base sea cero es igual a la de fugas. Debido a que esta intensidad alcanza valores muy pequeños, cuando se realizan estos cálculos se supone que la corriente de colector es nula, por lo tanto la diferencia de potencial entre el colector y el emisor se aproxima a la de alimentación.

2.1.2. TRANSISTOR BIPOLAR EN SATURACION

En este caso utilizaremos también la configuración de emisor común. Las tensiones y las corrientes en un transistor en saturación son las siguientes:

clip_image013

• Para que un transistor de silicio este saturado, la diferencia de potencial (ddp) entre la base y el emisor ha de ser de unos 0.8 v.

• La ddp entre el colector y el emisor no es cero pero alcanza valores muy pequeños. Esto se debe a que el diodo colector-base esta polarizado directamente y se comporta como una pequeña resistencia interna que produce una caída de tensión.

• Prácticamente toda la tensión de alimentación cae en la resistencia de colector.

• La IC es máxima.

• Un aumento de la IB no provoca un aumento de la IC, la corriente que circula por la IC ha de ser limitada por el circuito exterior.

La razón de transferencia (ganancia) de corriente directa en corriente continua establece la relación entre las corrientes de colector y de base. Se le conoce además como beta (β) de corriente continua y se representa por hFE. Conocemos IC, dado por Vcc/Rc y el fabricante proporciona (β=hFE), por lo que obtenemos como dato fundamental la IB de entrada (Ic/β) que será necesaria para saturar el transistor.

Como regla práctica de diseño, para asegurar que el transistor esté en la zona de saturación, debemos aplicar las siguientes fórmulas:

clip_image014I Bsaturacion

I Csaturacion

β

RBsaturacion

VBEsaturacion

I Bsaturacion

2.2. TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO.

Son dispositivos controlados por tensión de muy alta impedancia de entrada. Pueden ser de dos tipos: transistor de efecto de campo de unión o JFET y transistor de efecto de campo metal-oxido semiconductor (MOSFET). La mayor parte de los circuitos digitales se construyen con la tecnología MOS. Existen dos tipos de MOS: MOSFET canal N y MOSFET canal P. Disponen de cuatro terminales: puerta (G), drenador (D), fuente (S) y substrato (B). Al aplicar una tensión positiva en la puerta se crea un camino de conducción entre los terminales de drenador y fuente. La tensión mínima para crearlo se denomina tensión umbral o threshold (VT). Al igual que el transistor bipolar, tiene varias regiones de operación:

Region de corte: se verifica que VGS< VT y la corriente ID es nula.

Region lineal o activa: El transistor se comporta como un elemento resistivo no lineal controlado por tensión.

Region de saturación: El transistor se comporta como una fuente de corriente controlada por la tension de VGS.

Las regiones de operación se representan en la siguiente gráfica:

clip_image017

3. RESPUESTA TEMPORAL DEL TRANSISTOR EN CONMUTACION.

El transistor no responde instantáneamente a las variaciones de nivel de señal de entrada, dando lugar a un efecto de distorsión. Este fenómeno se conoce como respuesta a transitorios y depende directamente de las características del transistor en la región lineal activa.

clip_image019

El tiempo tON esta compuesto por dos tiempos tON=td+tr. Particularizando para un transistor bipolar:

td: tiempo necesario para que la unión emisor llegue a estar polarizada en directo.

tr: intervalo de tiempo en que la unión de emisor tiene polarización directa y el instante en que el transistor está en saturación

El tiempo toff esta compuesto de tOFF=ts+tf:

ts: tiempo transistor abandona la región de saturación y

tr: intervalo de tiempo desde que la corriente de colector empieza a disminuir

4. CIRCUITOS DE APLICACIÓN BASICOS DE TRANSITORES.

A continuación veremos circuitos electrónicos de conmutación con transistores en los que mediante impulsos externos se cambia el estado de los transistores de saturación a bloqueo.

4.1. TEMPORIZADORES.

El circuito de la figura consigue que la lámpara se encienda o se apague transcurrido un tiempo determinado, desde el momento de la conexión del circuito a la fuente de tensión:

clip_image022

Si partimos del siguiente estado:

Pulsador abierto, lámpara apagada y transistor en corte. Al conectar la fuente de alimentación:

• No circula corriente por S. Si estudiamos la malla del condensador: Vcc=VR1+ VC+ VBE, inicialmente VC=0 lo que implica que Vcc=VR1+VBE. En esta situación

V V

B

podemos calcular la máxima corriente que circula por la base I = CC BE

R1

ya que a medida que el condensador se cargue VC aumentará y el numerador de la ecuación anterior V V V

B

disminuiría, teniendo un valor de intensidad I = CC BE C . En este caso la lámpara se R1 enciende ya que el transistor deja de estar cortado. Con esta corriente de base máxima, el transistor conducirá al máximo (saturándose), lo que supone que la corriente de colector es también máxima y lámpara lucirá su mayor intensidad lumínica.

• A medida que el tiempo pasa, el condensador se va cargando, la IB va diminuyendo por lo tanto el transistor conduce cada vez menos disminuyendo la intensidad de la lámpara.

• Cuando el condensador esta totalmente cargado (VC=Vcc), la IB se hace cero, lo que implica que el transistor se bloquea VCC=VCE y la lámpara se apaga.

• Si el interruptor S se cierra, el condensador se cortocircuita y por lo tanto se descarga totalmente. Si se quiere volver a encender la lámpara hay que abrir de nuevo el interruptor S para que el condensador se cargue nuevamente.

El tiempo de carga del condensador viene determinado por la constante de tiempo (τ):

τ= R1 C

clip_image023⎛ − t

y la tensión de la carga:VC

= V .⎜1 − e

CC

R1 .C

El tiempo de descarga será instantáneo ya que se cortocircuita a través del interruptor.

4.2. CONTROL DE NIVEL DE LUZ MEDIANTE LDR.

Una LDR es una resistencia variable que cambia su valor ohmico en función de la intensidad de luz que incide sobre ella (al aumentar la intensidad de luz que incide sobre la LDR disminuye su resistencia). Imaginemos el siguiente circuito:

clip_image025

Si sobre la LDR incide mucha luz, la resistencia de la misma será muy pequeña y muy grande la corriente de base del transistor. El transistor conducirá mas cuanto mayor sea la luz que incide sobre la LDR, entrando en saturación y haciendo que la lámpara luzca. Si se evita la incidencia de luz sobre la LDR, su resistencia aumenta, la corriente de base disminuye y el transistor entra en corte; lo que supone que la lámpara dejara de lucir.

La lámpara se enciende cuando sobre la LDR incide un haz luminoso, y la lámpara no se encenderá cuando la LDR se mantenga en la oscuridad.

La resistencia R tiene la misión de limitar la intensidad de base máxima que podemos permitir que circule sin permitir deteriorar el transistor. El potenciómetro P permite el ajuste del nivel de luminosidad a que se activa el circuito.

4.3. DETECTOR DE VALOR MAXIMO.

El siguiente circuito detecta entre varias señales el valor máximo en un instante determinado:

clip_image027

Supongamos que V2 es mayor que V1 y V3, esto implica que T2 estará en saturación, circulando por el una corriente alta que además de hacer lucir el diodo led (D2) hace que todos los emisores (al estar todos unidos) adquieran un potencial positivo alto. Por tanto la base de los otros emisores no sean lo suficientemente positivas, implicando que T1 y T3 estarán en corte y por tanto D1 y D3 no lucirán.

5. BASCULA DE SCHMITT O DISPARADOR DE SCHMITT.

El circuito de disparo por niveles con transistores es la bascula de Schmitt, en él, los transistores trabajan en conmutación por lo que en su funcionamiento se dan dos posibles estados que quedan determinados por el valor de la tensión de entrada, que puede ser controlada mediante resistencias LDR, NTC, PTC u otros transductores dando lugar a un gran campo de aplicaciones prácticas, como son: diseño de células fotoeléctricas, alarmas, temporizadores, etc.

Para estudiar la báscula de Schmitt haremos las siguientes precisiones:

• Cuando los transistores se encuentran saturados (VCE=0) y cuando se encuentran bloqueados(VCE=VCC)

• Para ver las distintas posibilidades del circuito, estudiaremos por separado las distintas

posibilidades que se pueden dar.El esquema eléctrico es el siguiente:

clip_image029

Estudiaremos uno de los estados:

T1= corte T2= saturación

No hay aplicada ninguna señal a la entrada o es menor que la de referencia inferior (Vv) por lo tanto:

o IB del T1 es nula => IB1=0

o T1 está bloqueado

o VCE del T1 es VCC => VCE1=VCC

o Como VCE1=VCC se establece una corriente IB2 a través de RB2 que llega a la base de T2 haciendo que se sature.

o Si T2 conduce IC2 atraviesa RC2 y RE por lo tanto Vsalida= IC2 * RE

Por lo tanto en ausencia de señal de entrada, la tensión de la salida del circuito es VRE.

T1= saturación T2= corte

Para que este caso se de, la tensión de entrada del circuito deber ser mayor o igual que la suma de la caída de tensión en la resistencia RE y el voltaje umbral de la unión base-emisor del T1 (0.7v)

Ventrada≥ VRE+VBE1.

Al valor mínimo necesario para que el transistor T1 se sature se llama tensión de pico (Vp) Vp=VRE+VBE (saturación).

clip_image031

En este estado, la señal de entrada es capaz de saturar T1 y bloquear a T2, si la señal de entrada es inferior a Vp se bloquea T1 y conduce T2. Por lo tanto, si aplicamos una señal a la entrada que supere los valores de las tensiones de pico (Vp) y valle (Vv) a la salida se tiene una señal rectangular o cuadrada.

tecnologiaopo

La tensión de salida no llega a valer cero ya que su valor mínimo es VRE como se aprecia en la siguiente figura.

La grafica siguiente muestra los valores que toma la salida en función de los que tengamos en la entrada:

clip_image034

valer VCC.

• Punto A: tensión de entrada nula (V1=0). El transistor T1 esta en corte y el T2 saturado Vsalida=VC2=VRE

• Tramo entre los puntos B y C: aumentamos la tensión de entrada y la báscula no cambia de estado, pero cuando la señal supera la tensión de pico (Vp), el transistor T1 comienza a saturarse y el transistor T2 a bloquearse, por lo que Vsalida pasa a

• Tramo entre los puntos D y E: Se disminuye la tensión de entrada, si esta tensión es menor que la tensión de valle Vv, el circuito cambia de estado, el transistor T1 se bloquea y el transistor T2 se satura, y la Vsalida es VRE.

La tensión de histéresis es la diferencia entre la tensión de pico y la de valle Vh=Vp-Vv

Algunas de las aplicaciones de la báscula de Schmitt son:

Célula fotoeléctrica:

Es un elemento capaz de captar la presencia o no de luz. Como la báscula cambia de estado cuando alcanzamos la tensión de pico, deberemos formar un divisor de tensión con una LDR y otra resistencia normal. De esta forma logramos que una variación de la cantidad de luz se refleje en una variación de la tensión en el punto A.

clip_image036

Si se usa el divisor de tensión de la figura de la izquierda se pueden realizar células fotoeléctricas activadas haz luminoso, en cambio si se usa el de la derecha, la salida se activa cuando el haz luminoso es bajo.

Alarma de temperatura:

Es el mismo planteamiento que con los LDR pero en este caso se usan resistencias cuyo valor cambia con la temperatura. Se tratan de NTC (el valor óhmico disminuye al aumentar la temperatura) o PTC (valor óhmico aumenta al disminuir la temperatura). Con una báscula de Schmitt y un divisor de tensión formado por una resistencia normal y otra PTC o NTC, se pueden realizar alarmas de temperaturas, siempre que a la salida del circuito se conecten circuitos o componentes capaces de indicar óptica o acústicamente la señal de alarma.

Temporizador electrónico:

Existen circuitos en los que hay un cierto retardo entre las señales de entrada y salida. Este retardo se puede producir tanto en la conexión como en la desconexión. Los componentes indicados para tal retardo son una red eléctrica formada por un condensador y una resistencia dado que en los procesos de carga y descarga se producen los fenómenos transitorios aprovechables con este fin.

El tiempo de carga del condensador es el retardo que necesitamos para realizar el temporizador.

Dicho tiempo se halla mediante la siguiente expresión exponencial:

⎛ − t

VC =

VCC .⎜1 −

clip_image038

e

R.C

La situación del condensador en el circuito depende de donde queramos la temporización (a la conexión o a la desconexión). Temporizar a la desconexión consiste en que al alimentar el circuito, la salida se active y pasado un tiempo se desconecte, mientras que temporizar a la conexión supone lo contrario, la salida es activa pasado un tiempo después de conectarse.

clip_image040

En las siguientes figuras se muestra el circuito eléctrico para ambos casos:

1.

conexión:

 
   

En este caso, al conectarse la alimentación

   

T1 esta saturado ya que VBE1= VCC, y T2 está

   

cortado ya que VBE2 =VCE1 =0. Una vez el

   

condensador se ha cargado VBE1=0 por lo

   

tanto T1 se corta y T2 se satura al ser

   

VBE2≈VCC.

clip_image042

2. DesconexiónAl conectarse la alimentación VBE1=0 por lo que T1 esta bloqueado, VCE1=Vcc=VBE2 lo que indica que T2 está saturado (salida está activa). Cuando C1 se carga, VBE1=VCC por lo tanto T1 se satura, su VCE1 es cero, lo que provoca que T2 se corte y la salida se desactive.

6. CIRCUITOS GENERADORES DE SEÑALES. CIRCUITOS

MULTIVIBRADORES.

Los multivibradores son circuitos electrónicos en los que se hace trabajar a los transistores en conmutación. Sus aplicaciones pueden ser: generadores de onda cuadrada, temporizadores, intermitentes, etc.

Cuando se utiliza un circuito exterior para provocar una variación instantánea de las condiciones de funcionamiento del circuito transistorizado se dice que es circuito se dispara.

Estos circuitos puedes ser de dos tipos: monoestables y biestables. Existen otro tipo de circuitos que no necesitan ser disparados exteriormente, se denominan astable, su aplicación típica es generador de onda cuadrada.

6.1. MULTIVIBRADOR MONOESTABLE

Se caracterizan por tener una entrada de control y dos salidas que se complementan.

Presentan un estado de funcionamiento estable y otro inestable. El paso de un estado a otro es provocado por un circuito exterior, el multivibrador vuelve a su estado original tras un intervalo de tiempo que depende de las constantes de tiempo de los elementos del circuito.

El circuito eléctrico se muestra en la figura:

clip_image045

Para explicar su funcionamiento asumimos que β1 〉 β2:

• Conectamos VCC:

T1 tiende a saturarse y T2 tiende a bloquearse C1 se comienza a cargar a través de RB2.

• La carga de C1 finaliza cuando la tensión en sus bornes es igual a la de umbral base emisor de T2, lo que implica que T2 se satura.

• Al saturarse T2, su VCE=0, lo que implica que VBE1=0 cortándose T1.

clip_image046

Q 0

En este momento T2 esta saturado, T1 esta cortado V =0 y C1 esta cargado, a este estado se le llama estado estable.

• El circuito se mantiene en ese estado hasta que se le aplique una señal en la entrada de control. La señal que hace que el circuito pase del estado estable al inestable depende de la polaridad de la base de los transistores. En este caso debe ser un pulso positivo. Al aplicar el pulso, T1 comienza a saturarse, lo que implica que VCE1=0, y el C1 comienza a descargarse desde -VCC (que es la diferencia de potencial entre sus bornes).

• Esta tensión negativa del condensador supone el corte de T2 ya que de repente VBE2 es negativa. VCE2=VCC. Esta tensión hace que T1 siga saturado y permite a C1 volverse a cargar.

• C1 se carga hasta que su tensión sea igual al umbral de VBE2, en ese momento T2 se satura y T1 se corta. Manteniéndose este estado hasta que se vuelva a aplicar otro pulso positivo a la entrada de control.

La siguiente grafica muestra las curvas de funcionamiento del multivibrador monoestable:

clip_image048

6.2. MULTIVIBRADOR ASTABLE

Un multivibrador estable es un circuito electrónico que cambia de estado por si solo (no necesita impulso externo). Se denomina estable ya que ningún de sus estados son estados estables. Este tipo de circuito tiene dos salidas que se complementan.

El circuito eléctrico es el siguiente:

clip_image050

Como se puede observar el circuito es simétrico, por lo que los fenómenos que ocurran en la zona izquierda del circuito aparecerán en la zona derecha. Para explicar su funcionamiento asumimos que β1〉β2:

• Conectamos VCC: T1 tiende a saturarse y T2 tiende a bloquearse. VCE1 =0 y VCE2 =1

• C2 se comienza a cargar a través de RB2 y T1 y al mismo tiempo C1 se comienza a cargar a través de RC2 y VBE1.

• Cuando la carga de C2 es superior a la VBE2saturacion, T2 se satura quedándose T1 bloqueado, suponiendo esto un nuevo cambio de estado sin necesidad de ningún impulso externo, comenzando de nuevo el ciclo.

Teniendo en cuenta el funcionamiento podemos concluir que los cambios de estado que se producen en el circuito se realizan mediante las descargas de los condensadores.

clip_image052

6.3. MULTIVIBRADOR BIESTABLE

Se les conoce también como flip-flop, se tratan de circuitos que disponen de dos estados estables, tienen dos salidas que se complementan y dos entradas de control. Su circuito es el siguiente:

clip_image054

El circuito recibe el nombre de biestable R-S debido a sus entradas de control:

• Si se introduce un impulso positivo por R, la salida del biestable es prácticamente cero.

Debido a que esta entrada es la encargada de poner a cero la salida, se le denomina reset.

• Si se introduce un impulso positivo en la entrada S, la salida Q alcanza aproximadamente el valor de VCC, es decir esta entrada pone a uno la salida Q, por lo que se llama set.

Al igual que el circuito aestable, se trata de un circuito simétrico. Para estudiar el funcionamiento del circuito suponemos que la ganancia del transistor T1 es mayor que la del transistor T2, por lo tanto:

1. Al conectar la alimentación, la intensidad de colector del transistor T1 será progresivamente mayor que la de T2 haciendo que T1 comience a saturarse. Si T1 se satura VCE1=0 lo que conlleva que T2 se corte.

2. Cuando el circuito alcanza el estado anterior se dice que ha alcanzado uno de sus estados estables.

3. Si se introduce una señal en la entrada S, la tensión que aparece en la base de T2 hace posible que entre en saturación, es decir VCE2=0 lo que implica que VBE1=0 y T1 se corta. Pasando así el circuito a su otro estado estable.

4. Si se introduce un impulso positivo en la entrada S ocurre el fenómeno contrario que explicado en 3, es decir T1 se satura y T2 se corta.

5. El circuito se mantendrá en este estado independientemente de si el impulso permanece aplicado en la entrada R ya que al ser VCE2 aproximadamente VCC, asegura que la VBE1 sea la suficiente para que el transistor esté saturado y bloqueado T2.

La siguiente grafica muestra las curvas de funcionamiento del multivibrador monoestable:

clip_image056

7. CIRCUITOS DIGITALES.

El transistor en conmutación se aplica también en electrónica digital para la realización de circuitos lógicos. La existencia de un número reducido de funciones lógicas elementales ha permitido la fabricación en serie de circuitos integrados monolíticos. Según el tipo de transistor utilizado podemos clasificar los circuitos en tres grupos:

• Circuitos integrados monolíticos con transistores bipolares.

• Circuitos integrados monolíticos con transistores MOS.

• Circuitos integrados monolíticos con transistores bipolares y MOS (BiCMOS).

Los circuitos lógicos con transistores en conmutación han sido realizados mediante diferentes técnicas de las cuales las que más se utilizan son la lógica resistencia-transistor (RTL), lógica diodo-transistor (DTL), lógica transistor-transistor (TTL).

Por ejemplo en el siguiente circuito se representa la configuración típica de una puerta característica de la familia RTL que cumple la función NOR:

clip_image058

El circuito funciona de la siguiente forma:

• Cuando en algunas de las entrada (una, varias o todas) existe una tensión positiva mayor de 0.7 voltios, los transistores o transistor se ponen en conducción, por lo que tensión de salida es cero, es decir un “0” en la salida.

• Cuando en las entradas existe una tensión que hace VBE de todos o algunos menor a 0.7V, los transistores se ponen en corto VCE=VCC con lo que la salida tiene un valor alto o lo que es lo mismo un “1” en la salida.

La puerta lógica básica construida con tecnología CMOS es el inversor, está basada en el uso de transistores complementarios. Su circuito se muestra en la siguiente figura:

clip_image060

Se trata de dos transistores MOSFET de enriquecimiento, uno de canal N con la fuente puesta a tierra y un canal P con la fuente conectada a +V. Las puertas están conectadas juntas para formar la salida.

Cuando la entrada A se pone a tierra (0 lógico) el MOSFET de canal N no conduce y se polariza directamente el MOSFET de canal P, lo que fija la salida a +VCC (1 lógico).En cambio, cuando la entrada A esta a +V (1 lógico) el MOSFET del canal P no conduce y lo hace el del canal N fijando la salida a tierra (0 lógico).

CONCLUSIONES

En este tema hemos visto como los transistores son usados en circuitos de conmutación. Hemos comenzado por lo más básico, es decir como funciona un transistor en conmutación para después ir mostrado incrementando el grado de dificultad, distintos tipos de circuitos explicando para cada uno de ellos su funcionamiento y sus posibles aplicaciones. Con esta información general es más fácil entender por que el campo de aplicación de estos circuitos es muy extenso, yendo desde equipos de tratamiento de señales de comunicación a equipos de cálculo electrónico

BIBLIOGRAFIA UTILIZADA EN EL DESARROLLO DEL TEMA.

• Principios de electrónica. Malvino cuarta edición. Editorial McGraw Hill

• Electrónica Fundamental 1981 Angulo Usateg