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Orientación Universidad
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Transistor BJT como interruptor electrónico, Apuntes de Física

El funcionamiento del transistor bipolar de unión (bjt) como interruptor electrónico. Se explica cómo el bjt amplifica la corriente de base y la proyecta al colector, permitiendo controlar cargas de mayor potencia a partir de señales de baja potencia. Se analizan ejemplos prácticos para calcular parámetros como la corriente de base, colector, emisor, voltaje colector-emisor y resistencia de base, con el objetivo de lograr una saturación fuerte del transistor y su uso como interruptor. El documento también aborda la terminología y conceptos clave relacionados con el bjt, como la ganancia de corriente, mallas del circuito y configuración clásica. Esta información es relevante para comprender el funcionamiento y aplicaciones del bjt en el diseño de circuitos electrónicos.

Tipo: Apuntes

2022/2023

Subido el 31/10/2023

lorena-franco-23
lorena-franco-23 🇨🇴

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bg1
Escuela Industrial Superior de Valparaíso
Especialidad: Electrónica
Guía: El BJT como interruptor electrónico
Módulo: Electrónica industrial
Nombre: _____________________________________________ Curso: __________ Fecha: __________
Aprendizaje(s) Esperado(s)
Objetivo(s)
Indicadores de desempeño
AE1: Analiza los circuitos y dispositivos
utilizados en la electrónica industrial.
- Conocer y c omprender el funcionamiento
del BJT como interruptor electrónico.
- Aplic ar conceptos y leyes eléctricas al
análisis y desarrollo de circuitos.
- Demuestra comprensión de los c onceptos
planteados en la materia.
- Resuelve circuitos electrónicos con BJT.
INSTRUCCIONES GENERALES DE LA ACTIVIDAD:
- Estudie completamente el documento entregado, incluyendo enlaces a página web si los hubiera.
- Desarrolle toda tarea propuesta de manera ordenada, paso a paso.
- De existir dudas consulte al profesor(a).
- Una vez terminada la tarea debe ser enviada al correo del docente que imparte el módulo.
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BJT COMO INTERRUPTOR ELECTRÓNICO
El BJT o transistor de unión bipolar, es un componente electrónico semiconductor de tres
terminales capaz de manejar y amplificar corrientes en forma controlada el cual se utiliza en
gran parte de los circuitos electrónicos, principalmente en operaciones de amplificación y
conmutación.
Encapsulado
Símbolo esquemático
Corrientes de un transistor
En el transistor BJT existen tres conrrientes: corriente de base (IB), corriente de colector (IC)
y corriente de emisor (IE). El sentido de estas corrientes dependerá si el transistor en de tipo
NPN o PNP, sin embargo, siempre coincidirán con la orientación de la flecha del emisor.
En el transistor NPN la corriente de base
y de colector entran al transistor y salen
por emisor.
En el transistor PNP la corriente de
emisor entra al transistor y sale por base
y por colector.
En consecuencia, la corriente de emisor
es la más grande de las tres, y equivale
a la suma de las otras: IE = IB + IC.
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¡Descarga Transistor BJT como interruptor electrónico y más Apuntes en PDF de Física solo en Docsity!

Guía: Módulo: El BJT como interruptor electrónico Electrónica industrial

Nombre: _____________________________________________ Curso: __________ Fecha: __________

Aprendizaje(s) Esperado(s) AE1: utilizados en la electrónica industrial. Analiza los circuitos y dispositivos Objetivo(s) - del BJT como interruptor electrónico. Conocer y comprender el funcionamiento Indicadores de desempeño

  • análisis y desarrollo de circuitos. Aplicar conceptos y leyes eléctricas al^ -^ planteados en la materia. -^ Demuestra comprensión de los conceptos Resuelve circuitos electrónicos con BJT.

INSTRUCCIONES GENERALES DE LA ACTIVIDAD :

- Estudie completamente el documento entregado, incluyendo enlaces a página web si los hubiera. - Desarrolle toda tarea propuesta de manera ordenada, paso a paso.

- De existir dudas consulte al profesor(a). - Una vez terminada la tarea debe ser enviada al correo del docente que imparte el módulo.

BJT COMO INTERRUPTOR ELECTRÓNICO

El BJT o transistor de unión bipolar, es un componente electrónico semiconductor de tresterminales capaz de manejar y amplificar corrientes en forma controlada el cual se utiliza en

gran parte de los circuitos electrónicos, principalmente en operaciones de amplificación yconmutación.

Encapsulado Símbolo esquemático

Corrientes de un transistor

En el transistor BJT existen tres conrrientes: corriente de base (IB), corriente de colector (IC)y corriente de emisor (IE). El sentido de estas corrientes dependerá si el transistor en de tipo

NPN o PNP, sin embargo, siempre coincidirán con la orientación de la flecha del emisor.

En el transistor NPN la corriente de base y de colector entran al transistor y salen

por emisor.

En emisor entra al transistor y sale por base el transistor PNP la corriente de

y por colector.

En consecuencia, la corriente de emisor es la más grande de las tres, y equivale

a la suma de las otras: IE = IB + IC.

Configuración clásica

Básicamente un BJT es un componente que amplifica la corriente de base y la proyecta alcolector. Por ello, la corriente de colector dependerá de la corriente de base y las veces que

esta sea amplificada: IC = IB x βcc, donde βcc (léase beta) corresponde a la ganancia de corriente, o sea, las veces que la corriente de base será amplificada.

En el siguiente circuito, por ejemplo, al cerrar el interruptor se produce una IB cuyo valor multiplicado por βcc genera una IC de valor suficiente para estimular a la RL. Si se asume

que IB = 1mA y βcc = 100, se tiene como consecuencia una IC de 100mA.

Para IB = 1mA:

βcc = 100

Resulta IC = IB x βcc:

IC = 1mA x 100 IC = 100mA

En otras palabras, se pudo alimentar

una carga (RL) de 100mA con sólo

aplicar 1mA.

El circuito presentado corresponde a la clásica configuración del transistor para ser utilizadocomo interruptor electrónico. Circuitos como este hacen posible controlar cargas de consumo

de mayor potencia, a partir de señales de baja potencia como las entregadas por un μC.

También se puede dibujar de otros modos, sin alterar en nada el funcionamiento del mismo:

Terminología^ * siempre que el voltaje sea el mismo para ambas mallas. Malla 1 Malla 2 RB : resistencia de base, se encarga de regular la corriente (IB) que ingresa a la base del transistor.: parte del circuito por donde ingresa la corriente de base (IB) para ser amplificada.: parte del circuito donde se encuentra la carga de consumo (RL) que necesita ser manejada por la corriente amplificada de colector. RL Q VBB / VCC : transistor de unión bipolar (BJT), elemento de tres terminales amplificador de corriente.: carga de consumo, corresponde al elemento que requiere ser alimentado para realizar una tarea: motor, relé, electroválvula, etc.: fuentes de voltaje de polarización de base (alimenta malla 1) y de colector (alimenta malla 2) respectivamente. VBE VCE : voltaje base-emisor, corresponde a la caída de tensión del diodo base-emisor (0,7V).: voltaje colector-emisor, corresponde a la caída de tensión existente entre esos puntos.

RB Q

RL

VBB

VCC

E

B

C

IE

IC

SW IB

VBE

VCE

Malla 1

Malla 2

RB Q

RL

E

B

C

IE

IC

SW IB

Malla 1^ VBE VCE

VBB Malla 2

VCC

RB Q

RL

E

B

C

IE

IC

SW IB

Malla 1^ VBE VCE

Malla 2

VCC

Ejemplo 2 :

En el siguiente circuito, tras cerrar el interruptor, encuentre: VRB, IB, IC, VRL, VCE.

Considere:

VBB = 12 V

VCC = 12 V

RB = 5,65 KΩ

RL = 120 Ω

βcc = 50

Desarrollo :

Paso 1: se inicia desde la malla 1 encontrando VRB. Paso 2: al tener VRB, se puede hallar IB.

Paso 3: si se tiene IB se puede hallar IC. Paso 4: al tener IC se encuentra VRL.

Paso 5: si se tiene VRL, también se puede obtener VCE.

Paso1 VRB = VBB (^) - VBE Paso 2 Paso 3 Paso 4 Paso 5 VRB = 12V VRB = 11,3V - 0,7V^ IB = VRB / RB IB = 11,3V / 5,65KΩ IB = 2mA^ IC = IB x βcc IC = 2mA x 50 IC = 100mA^ VRL VRL = 100mA x 120Ω VRL = 12 V^ = IC x RL^ VCE = VCC VCE = 12V VCE = 0V - - 12VVRL

Análisis

En el circuito anterior se presentan dos momentos de funcionamiento:

En el primer momento, cuando el interruptor está abierto, no se alimenta la malla 1, por lotanto no existe IB y en consecuencia no puede haber IC (ya que IC depende de IB), lo que

genera un VRL de 0V y un VCE de 12V (ya que ambos deben sumar VCC). A esta condiciónde funcionamiento se le llama corte.

En el segundo momento, cuando se cierre el interruptor, se genera una IB que al seramplificada genera una IC de 100mA, lo que provoca una tensión en RL de 12V, y en

consecuencia un VCE de 0V (ya que ambos debes sumar VCC). A esta condición defuncionamiento de le llama saturación.

Cuando el transistor es utilizado para funcionar como interruptor electrónico debe hacerlo deesa manera: entre corte y saturación.

En este caso, la saturación se consideratambién disminuiría (IC = IB x βcc) y por lo tanto también el VRL, lo que sacaría a este leve , ya que ante cualquier disminución de βcc la IC

componente de la saturación.

Para asegurar el estado de saturación, se recomienda considerar en los cálculos de diseño un valor de ganancia pequeño (βcc = 10), lo que se conoce como saturación fuerte.

RB Q

RL

E

B

C

IE

IC

SW IB

VBE

VCE Malla 1

Malla 2

VBB

VCC

Ejemplo 3 :

En el siguiente circuito, se desea manejar el funcionamiento de la carga (RL) con untransistor funcionando como interruptor electrónico con saturación fuerte. Encuentre el valor

de RB que permita cumplir con lo pedido.

Considere:

VBB = 15 V

VCC = 15 V

RL = 82 Ω

Desarrollo :

Lo primero que hay que tener en cuenta es que la condición de saturación obliga a que la RLreciba todo el voltaje de la fuente (VCC). Esto permite encontrar fácilmente la IC. Al tener la

IC y el βcc (10 para saturación fuerte), se puede obtener la IB y en consecuencia la RB.

Paso 1: se inicia desde la malla 2 encontrando IC. Paso 2: al tener IC, se puede hallar IB.

Paso 3: obtener VRB. Paso 4: si se tiene VRB e IB se puede hallar la RB.

Paso1 Paso 2 Paso 3 Paso 4

IC = VCC / RL IC = 15V / 82Ω

IC = 182,93mA

IB = IC / βcc IB = 182,93mA / 10 IB = 18,29mA VRB = VBB VRB = 15 - 0,7V- VBE

VRB = 14,3V

RB = VRB / IB RB = 14,3V / 18,29mA

RB = 781,84Ω

En otras palabras, cuando el interruptor esté abierto no habrá IB ni IC, por lo tanto la carga(RL) estará en estado re reposo, sin funcionamiento. Sin embargo, cuando se cierra el

interruptor se genera la IB necesaria para provocar una IC suficiente para activar la carga ydejar al transistor saturado de manera fuerte.

En el mundo de la electrónica industrial la utilización del BJT como interruptor electrónicopermite interconectarlo como elemento de interfaz entre circuitos de control incapaces de

entregar corriente suficiente y cargar que la requieren para su funcionamiento.

RB Q

RL

E

B

C

IE

IC

SW IB

VBE

VCE

Malla 1

Malla 2

VBB

VCC

3. Resuelva.  Un transistor tiene un βcc de 70 y una Ib de 95uA. ¿Cuánto vale IC? __________.  Si la Ic es de 120 mA y la ganancia de corriente es de 250. ¿Cuánto vale IB? _______________.  La Ic vale 3,6 mA y la corriente de base vale 0,02 mA. ¿Cuál es el valor de βcc? _____________.  ¿Cuál es el valor de la corriente de base en la figura 1? _______________________.  ¿Cuál es el valor de la corriente de colector en la figura 1? ____________________.  ¿Cuál es el valor de VCE en la figura 1? ____________________.  Determine la R1 y R2 en el circuito de la figura 2, para una saturación leve. ______________, _____________. Considere βcc = 150 y IC = 10mA.  Determine_________________. el valor deConsidere Vmotor = 24 V / Imotor = 150mA. R1 en el circuito de la figura 3, para una saturación fuerte.

Figura 1 (^) Figura 2 (^) Figura 3