Publicado el26 septiembre, 2018porJose Francisco|Comentarios desactivados en Las 3 configuraciones básicas de los transistores (BJT)
Los transistores bipolares son amplificadores de corriente ideales. Cuando se aplica una pequeña señal al terminal de entrada, en los terminales de salida aparece una reproducción ampliada de esta corriente. Aunque la señal de entrada puede acoplarse al dispositivo de varias formas, solamente las tres configuraciones básicas (base común, emisor común y colector común) resultan útiles en la práctica.
fig. 1 Resumen de configuraciones de los transistores
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Montaje en Base Común
En la figura 2 se muestra un amplificador base común práctico. La señal se inyecta al emisor a través de Ci y se extrae amplificada por el colector vía Co. La base, conectada dinámicamente a tierra a través de Cb, actúa como elemento común a los circuitos de entrada y de salida. Las señales de entrada y de salida siempre están en fase.
fig. 2. Amplificador en base común
Los condensadores Ci y Co actúan como condensadores de paso o de acoplamiento. Su objetivo es eliminar el nivel de corriente continua presente a la entrada o a la salida y transferir sólo las señales de audio propiamente dichas. El condensador Cb actúa como condensador de deriva (bypass). Su objetivo es mantener estable el voltaje de polarización de la base, enviando a tierra cualquier variación. Las resistencias RB1, RB2, RC y RE polarizan correctamente las uniones del transistor y fijan el punto de trabajo del amplificador.
El circuito presenta una baja impedancia de entrada (entre 0.5 Ohm y 50 Ohm) y una alta impedancia de salida (entre 1 kOhm. y 1 MOhm). Las ganancias de voltaje y de potencia pueden ser altas, del orden de 150 o más, dependiendo de la Beta del transistor. La ganancia de corriente es inferior a 1 (entre 0.95 y 0.995).
Montaje en Emisor Común
En la figura 3 se muestra un amplificador emisor común práctico. La señal se inyecta a la base a través de Ci y se recibe amplificada del colector vía Co. El emisor, conectado dinámicamente a tierra a través de ce, actúa como elemento común a los circuitos de entrada y de salida. Observe que en este modo de conexión, las señales de entrada y de salida siempre están en oposición de fase.
fig. 3. Amplificador en emisor común
Nuevamente, Ci y Co actúan como condensadores de acoplamiento y ce como condensador de deriva. Las resistencias RB1, RB2, RC y RE polarizan adecuadamente el transistor y fijan su punto de trabajo. Note que este circuito, como el anterior, utiliza la estrategia de polarización universal o por divisor de voltaje.
La impedancia de entrada de este montaje es del orden de 20 W a 5 kW. y la impedancia de salida del orden de 50 W a 50 kOhm,. El circuito proporciona simultáneamente ganancia de corriente y de voltaje. La ganancia de potencia puede llegar a ser relativamente alta, del orden de 10.000. Típicamente, la ganancia de corriente es el orden de 50. Esta es la configuración más utilizada en la práctica.
Montaje en Colector Común
En la figura 4 se muestra un amplificador colector común práctico. La señal se introduce por la base a través de Ci y se extrae por el emisor vía Co. El colector, conectado dinámicamente a tierra a través de Ce, actúa como elemento común a los circuitos de entrada y de salida. Las señales de entrada y de salida siempre están en fase. El montaje se denomina también seguidor de emisor.
El amplificador colector común se caracteriza por tener una alta impedancia de entrada y una baja impedancia de salida. La ganancia de voltaje es siempre menor que 1 y la de potencia es normalmente inferior a la que se obtiene con las configuraciones base común o emisor común. Este montaje se utiliza principalmente como adaptador de impedancias.
fig. 4. Amplificador en colector común
Montaje como Amplificador Diferencial
Una variación importante de los tres tipos fundamentales de amplificadores discutidos anteriormente es el amplificador diferencial. En este caso, el voltaje de salida es proporcional a la diferencia, con respecto a tierra, entre los voltajes aplicados a los terminales de entrada. En la figura 5, por ejemplo, se muestra un amplificador diferencial clásico con entradas y salidas balanceadas.
fig. 5. Amplificador diferencial
3 Configuraciones de los transistores de unión bipolares (BJT)
La polarización de un transistor: consiste en fijar el punto de trabajo Q en ausencia de señal de entrada, el cual puede estar en la zona activa, saturación o corte.
Con el sistema de polarización elegido, también se pretende que dicho punto de funcionamiento Q sea estable con la temperatura, es decir, que no varíen los parámetros fundamentales de la polarización. Pues debido al aumento de temperatura aumenta la intensidad inversa de fuga de las unión de base, y con ella, la IC y la IE; lo que produce, a su vez, más aumento de temperatura. Y así se crea un círculo vicioso que puede llevar al transistor fuera del punto de funcionamiento establecido, produciendo una señal amplificada deforme a la salida.
Desde luego, el desplazamiento del punto de trabajo Q ha de controlarse si queremos que funcione el transistor a pesar de variaciones de temperatura. Para asegurar una mínima variación del punto de trabajo lo que se hace es introducir una realimentación negativa desde la salida a la entrada, es decir, se utiliza parte de la señal de salida, normalmente en el colector, para re-introducirla en la entrada, normalmente la base, de modo que "frene" la tendencia a amplificar, la ganancia, del transistor. Con ello evitamos que el transistor se "avalance" con la subida de termperatura, pero lamentablemente, por el propio concepto de realimentación negativa (recordamos que la intensidad de colector está desfasada 180º respecto de la intensidad de base), se reducirá el nivel de amplificación con el que el transistor va a operar, es decir: el circuito limitará la ganancia del transistor a un valor que permita mejorar la estabilidad del propio circuito. Cuanto más realimentación negativa, menos amplificará el circuito pero mayor será la estabilidad; también mejora el Ancho de Banda, pero eso es otro asunto.
curvas características de un transistor funcionando en Emisor Común
(el punto de trabajo Q está marcado en negro y enlazado en azul)
Desde el Canal de Youtube Electrónica FP nos explican claramente este asunto tan importante de la polarización de los transistores de unión bipolares (vamos, los BJT de toda la vida)
Publicado el12 septiembre, 2018porJose Francisco|Comentarios desactivados en Prefijos métricos: Mega-, Giga-, Tera-, mili-, micro-, nano-, pico- y múltiplos binarios
Posiblemente «contar» sea la tarea matemática más antigua. Con el paso del tiempo la humanidad ha debido manejar cantidades cada vez más y más grandes (y partes cada vez más y más pequeñas). Como medio de simplificación al manejo de las cantidades grandes (y pequeñas) se han creado los «múltiplos» (y los «submúltiplos») los cuales, como tantas otras cosas nacidas de la necesidad, no siempre han gozado de aceptación única, provocando más de una confusión.
Esta modesta página pretende hacer una rápida visita a algunos de los múltiplos (y submúltiplos) más importantes de nuestro lenguaje matemático cotidiano.
El Sistema Internacional (S.I.)
El Sistema Internacional de Unidades (abreviado SI, del francés Le Système International d'Unités), fue instaurada en 1960 por la «Conferencia General de Pesas y Medidas». Es heredero del Sistema Métrico decimal que había sido instaurado en París, en 1889.
El Sistema Internacional de Unidades consta de siete unidades básicas, que expresan magnitudes físicas, a partir de las cuales se determinan otras. Las unidades básicas son: metro (longitud), segundo (tiempo), kilogramo (masa), amperio (intensidad de corriente eléctrica), kelvin (temperatura), candela (intensidad luminosa) y mol (cantidad de sustancia).
Unidades del Sistema Internacional utilizadas en electrónica
Las unidades pueden ir acompañadas por un prefijo que denota un múltiplo o un submúltiplo decimal de dicha unidad, los cuales se muestran en la siguiente tabla.
Vídeo explicativo desde ElectrónicaFP
Múltiplos binarios
Un poco de historia
La confusión tiene su origen desde los comienzos de la computación. La unidad básica en informática (y cuyo valor es binario) es el bit y, de éste, el byte (1 byte = 23 bits). Cuando comenzó a hablarse de números grandes de bytes, se hizo necesario hablar de nuevas unidades. Tras notar que un grupo de 210 bytes tenía un valor cercano a los 1000 bytes (210=1024), a nadie pareció molestarle demasiado que fuera llamado «kilobyte», dada la aparente aproximación con el valor que implica el prefijo «kilo» del SI. Con el aumento de capacidad computacional, comenzó a hablarse de «megas», «gigas», etcétera, haciendo la aparente aproximación cada vez más imprecisa (como se puede ver en la última columna de la siguiente tabla).
Disposición de la IEC
Para terminar con esta confusión, la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC, por sus siglas en inglés) introdujo los prefijos Kibi, Mebi, Gibi, Tebi, Pebi, Exbi, Zebi y Yobi los cuales están formados con las primeras dos letras de los prefijos del SI y el sufijo 'bi' (por binario). En la siguiente tabla se muestran sus valores.
La radiación electromagnética es una de muchas maneras como la energía viaja a través del espacio. El calor de un fuego que arde, la luz del sol, los rayos X que utiliza tu doctor, así como la energía que utiliza un microondas para cocinar comida, son diferentes formas de la radiación electromagnética. Mientras que estas formas de energía pueden verse muy diferentes una de otra, están relacionadas en que todas exhiben propiedades características de las ondas.
Si alguna vez has ido a nadar al océano, ya estás familiarizado con las ondas. Las ondas son simplemente perturbaciones en un medio físico particular o en un campo, que resultan en vibraciones u oscilaciones. La subida de una ola en el océano, junto con su caída subsecuente, son simplemente una vibración u oscilación del agua en la superficie del mar. Las ondas electromagnéticas son similares pero también distintas, pues de hecho consisten en 222 ondas que oscilan perpendicularmente la una de la otra. Una de las ondas es un campo magnético que oscila; la otra, un campo eléctrico que oscila. Podemos visualizar esto de la siguiente manera:
Las ondas electromagnéticas consisten de un campo eléctrico que oscila y de un campo magnético perpendicular que también oscila. Imagen tomada de la ChemWiki de UC Davis (Universidad de California en Davis), CC-BY-NC-SA 3.0
Propiedades básicas de las ondas: amplitud, longitud de onda y frecuencia
Como tal vez ya sabrás, una onda tiene un valle (punto más bajo) y una cresta (punto más alto). La distancia vertical entre la punta de la cresta y el eje central de la onda se conoce como amplitud. Esta es la propiedad asociada con el brillo, o intensidad, de la onda. La distancia horizontal entre dos crestas o valles consecutivos de la onda se conoce como longitud de onda. Podemos visualizar estas longitudes de onda de la manera siguiente:
Las características principales de una onda, incluyendo la amplitud y la longitud de onda. Imagen tomada de la ChemWiki de UC Davis (Universidad de California en Davis), CC-BY-NC-SA 3.0.
Ten en cuenta que algunas ondas (incluyendo las ondas electromagnéticas) también oscilan en el espacio, y por lo tanto oscilan en una posición dada conforme pasa el tiempo. La cantidad de la onda conocida como frecuencia describe el número de longitudes de onda completas que pasan por un punto dado del espacio en un segundo; la unidad del SI para la frecuencia es el Herzio (Hz) Como te imaginarás, la longitud de onda y la frecuencia son inversamente proporcionales; es decir, mientras más corta sea la longitud de onda, más alta será la frecuencia, y viceversa.
El espectro electromagnético
Podemos clasificar y ordenar las ondas electromagnéticas de acuerdo a sus diferentes longitudes de onda y frecuencias; llamamos a esta clasificación "el espectro electromagnético". La tabla siguiente muestra este espectro, que consiste de todos las clases de radiación electromagnética que existen en nuestro universo.
Como podemos ver, el espectro visible —es decir, la luz que podemos ver con nuestros ojos— es tan solo una pequeña fracción de las diferentes clases de radiación que existen. A la derecha del espectro visible, encontramos las clases de energía que son menores en frecuencia (y por lo tanto mayores en longitud de onda) que la luz visible. Estas clases de energía incluyen los rayos infrarrojos (IR) (ondas de calor emitidas por los cuerpos térmicos), las microondas y las ondas de radio. Estos tipos de radiación nos rodean constantemente; no son dañinos, pues sus frecuencias son muy bajas. Como veremos en la sección siguiente, "El fotón", las ondas de baja frecuencia tienen poca energía, y por lo tanto no son peligrosas para nuestra salud.
A la izquierda de espectro visible, encontramos los rayos ultravioleta (UV), los rayos X y los rayos gamma. Estas clases de radiación son dañinas para los organismos vivos, pues tienen frecuencias extremadamente altas (y por lo tanto, mucha energía). Es por esta razón que usamos loción bloqueadora en la playa (para bloquear los rayos UV provenientes del sol) y que, para prevenir que los rayos X penetren otras áreas del cuerpo distintas de la que requiere visualizarse, un técnico de rayos X coloca una placa de plomo sobre nosotros. Los rayos gamma son los más dañinos, pues son los más altos en frecuencia y en energía. Afortunadamente, nuestra atmósfera absorbe los rayos gamma que provienen del espacio, y así nos protege del daño.
Espectro electromagnético
Pero vamos con un par de vídeos, explicados por el Canal de Youtube ElectronicaFP, que nos lo contarán desde la perspectiva de la aplicación electrónica
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