TRANSISTORES Y AMPLIFICADORES OPERACIONALES
1.-Objetivo
Adquirir los conocimientos o reforzarlos para tener una mejor utilización de los transistores y amplificadores operacionales que nos ayudan la facilitan la electrónica además de aprender acerca de lagunas configuraciones que tienen y algunos tipos de transistores que serán mejor explicado por videos que facilitaran el aprendizaje y comprensión de algunos puntos que se van a tomar en esta investigación.
2.-Introduccion
Un transistor amplifican corriente, por ejemplo pueden ser usados para amplificar la pequeña corriente de salida de un circuito integrado (IC) o puede ser usado como un interruptor (ya sea a la máxima corriente, o encendido ON, o con ninguna corriente, o apagado OFF) y como amplificador (siempre conduciendo corriente). El transistor bipolar es un dispositivo de tres terminales -emisor, colector y base-, que, dependiendo a su fabricación. Hay dos tipos de transistores estándar, NPN y PNP, con diferentes símbolos de circuito. Las letras hacen referencia a las capas de material semiconductor usado para construir el transistor. La mayoría de los transistores usados hoy son NPN porque este es el tipo más fácil de construir usando silicio, un par Darlington consiste en un par de transistores, o bien NPN o PNP puede tener mucha corriente de ganancia
Los amplificadores operacionales son amplificadores diferenciales con acoplamiento DC de muy alta ganancia además de que tiene muchas configuraciones con las cuales se puedes hacer varias cosas como amplificar o disminuir además de que existe ganancia en usarlos o impedancia eso dependiendo de lo que se vaya a hacer o querer generar con sus distintas configuraciones.
3.-Transistor NPN y PNP
Transistor NPN
es uno de los dos tipos de transistores bipolares, en los cuales las letras "N" y "P" se refieren a los portadores de carga mayoritarios dentro de las diferentes regiones del transistor. La mayoría de los transistores bipolares usados hoy en día son NPN, debido a que la movilidad del electrón es mayor que la movilidad de los "huecos" en los semiconductores, permitiendo mayores corrientes y velocidades de operación.
Los transistores NPN consisten en una capa de material semiconductor dopado P (la "base") entre dos capas de material dopado N. Una pequeña corriente ingresando a la base en configuración emisor-común es amplificada en la salida del colector. La flecha en el símbolo del transistor NPN está en la terminal del emisor y apunta en la dirección en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo.
Transistor PNP
El símbolo de un transistor PNP.
Los transistores PNP consisten en una capa de material semiconductor dopado N entre dos capas de material dopado P. Los transistores PNP son comúnmente operados con el colector a masa y el emisor conectado al terminal positivo de la fuente de alimentación a través de una carga eléctrica externa. Una pequeña corriente circulando desde la base permite que una corriente mucho mayor circule desde el emisor hacia el colector. La flecha en el transistor PNP está en el terminal del emisor y apunta en la dirección en que la corriente convencional circula cuando el dispositivo está en funcionamiento activo.
4.-Transistor en corte,saturación,amplificador
CORTE.- No circula intensidad por la Base, por lo que, la intensidad de Colector y Emisor también es nula. La tensión entre Colector y Emisor es la de la batería. Colector y Emisor se comporta como un interruptor abierto. IB = IC = IE = 0; VCE = Vbat. En este caso la corriente de base es nula (o casi), es decir, IB = 0, por lo tanto, IC= β·IB= β·0 = 0 IC= 0 En este caso, el transistor no conduce en absoluto. No está funcionando. Se dice que el transistor se comporta como un interruptor abierto.
SATURACION.- Colector y Emisor se comporta como un interruptor cerrado. La tensión de la batería se encuentra en la carga conectada en el Colector. En este caso, el transistor conduce totalmente y se comporta como un interruptor cerrado. Este estado se alcanza cuando la corriente por la base (IB) alcanza un valor alto. En este caso la expresión (IC= β·IB) ya no tiene sentido pues, por mucho que aumente el valor de la corriente de base (IB), no aumenta el valor de la corriente de colector.
ACTIVA.- Actúa como amplificador. Puede dejar pasar más o menos corriente. La ganancia relaciona la variación que sufre la corriente de colector para una variación de la corriente de base: ß = IC / IB. En este caso el transistor conduce parcialmente siguiendo la segunda expresión (IC= β·IB). La corriente del colector es directamente proporcional a la corriente de la base. Ejemplo: Si β = 100, la corriente del colector es 100 veces la corriente de la base. Por eso se dice que el transistor amplifica la corriente.
5.-Ejemplos de transistores
6.-Amplificadores operaciones
Los amplificadores operacionales son amplificadores diferenciales con acoplamiento DC de muy alta ganancia. Para hacerse una idea de su funcionamiento se puede pensar en el amplificador diferencial clásico con componentes discretos , con sus dos entradas y una sola salida, como prototipo, aunque a decir verdad los amplificadores operacionales reales tienen ganancias mucho mayores (valores típicos 10 ^ 5 a 10 ^ 6) e impedancia de salida menor, y permiten a la salida barrer el rango de voltajes casi completo de la alimentación (Usualmente se usan fuentes bipolares de ±15V). Los amplificadores operacionales ahora esta disponibles en literalmente cientos de tipos, con el símbolo universal mostrado en al figura 2(a), en donde las entradas (+) y (-) hacen lo que se espera: La salida se vuelve positiva cuando la entrada no inversora (+), se vuelve más positiva que la entrada inversora (-), y viceversa. Los símbolos (+) y (-) no significan que uno deba mantener uno positivo respecto al otro, o nada que se parezca. Ellos simplemente dicen la fase relativa de la salida (la cuál es importante para mantener la realimentación negativa) El uso de las palabras "no inversora" e "inversora" en lugar de "mas"" y "menos" ayudará a evitar confusión de Las conexiones de la alimentación, usualmente no se muestran, y tampoco hay símbolo de tierra. Los amplificadores operacionales tienen ganancias de voltaje enormes, y casi nunca son usados sin realimentación.
La ganancia de lazo abierto es tan elevada, que para cualquier ganancia razonable de lazo cerrado, las características dependen solamente de la red de realimentación. Naturalmente que en algún punto esta generalización tiene que fallar. Nuestro estudio de amplificadores operacionales comenzará con una visión naive del comportamiento, y posteriormente se rellenará esta visión con algunas sutilezas a medida que sea necesario.
Para alimentar un amplificador operacional se utilizan 2 fuentes de tensión:
- una positiva conectada al pin 7 y
- otra negativa conectada al pin 4
Las características principales de un operacional son:
- La impedancia de entrada es muy alta, del orden de megohms.
- La impedancia de salida Zout es muy baja, del orden de 1 ohm.
- Las entradas apenas drenan corriente, por lo que no suponen una carga.
- La ganancia es muy alta, del orden de 10^5 y mayor.
- En lazo cerrado, las entradas inversora y no inversora son prácticamente iguales.
7.-Ganancia
En electrónica, la ganancia, en lo referido a señales eléctricas, es una magnitud que expresa la relación entre la amplitud de una señal de salida respecto a la señal de entrada. Por lo tanto, la ganancia es una magnitud dimensional, que se mide en unidades como belio (símbolo: B) o submúltiplos de éste como el decibelio (símbolo: dB).
Por ejemplo, si la potencia de salida de un amplificador es 40 W (vatios) y la de entrada era de 20 W, la ganancia sería de 10 log (40 W / 20 W) ≈ 3,0103 dB.
Cuando la ganancia es negativa (menor que 0), hablamos de atenuación. Así, en el ejemplo anterior pero al revés: 40 W de entrada, frente 20 W de salida, el resultado sería de -3,0103 dB. No hablaríamos de una ganancia de -3 dB, sino de una atenuación de 3 dB.
Esta ganancia es aquella que tiene el amplificador operacional cuando no existe ningún camino de realimentación entre la salida y alguna de las dos entradas. Ver el diagrama inferior.
La ganancia del amplificador en lazo abierto está dada por la siguiente fórmula:
AV = Vsal/Vent
Donde:AV = ganancia de tension
Vsal = tensión de salida
Vent = tensión de entrada
En un amplificador operacional ideal, esta ganancia es infinita. Como el operacional es real, su ganancia está entre 20,000 y 200,000 (en amplificador operacional 741C).
Este tipo de configuración se utiliza en comparadores, en donde lo que se desea es saber cual de las dos entradas tiene mayor tensión.
8.-Impedancia
La impedancia de salida se puede obtener (como la impedancia de entrada) experimentalmente.
1 - Se mide la tensión en la salida del amplificador operacional sin carga Vca. (Al no haber carga, no hay corriente y por lo tanto, no hay caída de tensión en Zo.)
2 - Se coloca después en la salida un resistor de valor conocido RL.
3 - Se mide la tensión en la carga (tensión nominal) = VRL
4 - Se obtiene la corriente por la carga con al ayuda de la ley de ohm: I = VRL / RL
5 - Se obtiene la impedancia de salida Zo con la siguiente formula: Zo = [VCA - VRL] / I
Donde:
- Zo = impedancia de salida
- VCA = tensión de salida del operacional sin carga
- RL = resistencia de carga
- VRL = tensión de salida del amplificador operacional con carga
- I = corriente en la carga
Impedancia de salida
La impedancia de salida se puede obtener (como la impedancia de entrada) experimentalmente.
El dispositivo amplificará la diferencia entre ambas entradas.Tensión sin carga en la salida de un amplificador operacional no inversor (obtension de impedancia de salida) - Electrónica UnicromTensión con carga RL en la salida de un amplificador operacional no inversor (obtension de impedancia de salida) - Electrónica Unicrom
1 - Se mide la tensión en la salida del amplificador operacional sin carga Vca. (Al no haber carga, no hay corriente y por lo tanto, no hay caída de tensión en Zo.)
2 - Se coloca después en la salida un resistor de valor conocido RL.
3 - Se mide la tensión en la carga (tensión nominal) = VRL
4 - Se obtiene la corriente por la carga con al ayuda de la ley de ohm: I = VRL / RL
5 - Se obtiene la impedancia de salida Zo con la siguiente formula: Zo = [VCA - VRL] / I
9.-OPAM no inversor
En un amplificador operacional configurado como amplificador no inversor, la señal a amplificar se aplica al pin no inversor (+) del mismo. Como el nombre lo indica, la señal de salida no está invertida respecto a la entrada
Del gráfico se ve que la tensión en R1 es igual a:
VR1 = [R1 / (R1 + R2)] x Vsal. (por division de tensión)
En operación normal la tensión entre las entradas (inversora y no inversora) es prácticamente cero, lo que significa que la entrada Ven es igual a VR1.
Entonces con Ven = VR1, y con la formula anterior:Ven = [R1 / (R1 + R2)] x Vsal.
Despejando para Vsal / Vent (ganancia de tensión)
AV = Vsal / Ven = (R1 + R2 ) / R1 = R1 / R1 + R2 / R1
Entonces: AV = 1 + R2 / R1
De la anterior fórmula se deduce que la ganancia de tensión en este tipo de amplificador será de 1 o mayor.Amplificador operacional inversor. Señal de salida está ampliada e invertida con respecto a la entrada - Electrónica UnicromEl amplificador inversor amplifica e invierte (ver el signo menos) una señal de corriente alterna. En este caso la señal alterna de entrada sale amplificada en la salida, pero también desfasada 180° (invertida). La ganancia de tensión se obtiene con la fórmula:
AV = -Vsal/Vent y AV = -R2/R1Si Vent = 0.1 V = 100 mV y Vsal = -10 V, entonces AV = -10 / 0.1 = -100.
Las magnitudes de la señales alternas se pueden medir en tensión pico, pico-pico o RMS.
10.-El amplificador operacional inversor
No amplifica de la misma manera para todo el rango de frecuencias. Conforme la frecuencia de la señal a amplificar aumenta, la capacidad del Amplificador Operacional para amplificar disminuye.
Ancho de banda del amplificador operacional - Electrónica Unicrom Hay una frecuencia para la cual la ganancia de tensión ha disminuido al 70.7 % de la ganancia a frecuencias medias. (la ganancia a disminuido en 3 dB. (decibeles)) Esta es la frecuencia de corte y nos indica el límite superior del ancho de banda (BW) de este Op. Amp.
SaturaciónSi se aumenta la señal de entrada en amplificador operacional, aumentará también la salida. Pero hay un límite máximo al que puede llegar la salida (aproximadamente entre 1.5 y 2 voltios menos que la tensión entregada por las fuentes de alimentación). Después de esta tensión, aunque aumentemos la entrada la salida no aumentará
Entonces hay una señal de entrada máxima que hará que la señal de salida llegue también a su máximo. (máximo permitido por la fuente). Si señal de entrada es mayor a ésta se produce la saturación y la tensión de salida será recortada en los picos negativos y positivos. Ver la figura.
Señal de entrada a un amplificador operacional - Electrónica UnicromSeñal de salida saturada de un amplificador operacional inversor - Electrónica Unicrom
Tierra virtual Cuando un amplificador operacional no está saturado, trabaja en condiciones normales. Así la diferencia de tensión entre la entrada inversora y tierra es casi 0 voltios. Entonces se dice que la entrada inversora es una tierra virtual.Si el amplificador entra en saturación, lo anterior ya no es cierto, pues aparece una tensión entre la entrada inversora y tierra.
11.-Ejemplos de amplificadores operacionales
Literalmente existen cientos de amplificadores operacionales disponibles, que ofrecen compromisos de rendimiento que explicaremos en breve. Una buena muestra de un espécimen que sale bien parado en muchas aplicaciones es el popular LF411 ("411" para ser breves), introducido originalmente por National Semiconductors. Como todo amplificador operacional, este es un chip fabricado en un empaque DIP (dual in line package),. Es barato (aproximadamente 60 centavos de Dólar). Se puede encontrar en una versión mejorada (LF411 A) y en un mini-DIP conteniendo dos amplificadores operacionales independientes (LF412, llamado un amplificador operacional dual). En el interior del 411 se encuentra un bloque de silicio conteniendo 24 transistores (21 transistores de unión, 3 FETs, 11 resistencias, y 1 condensador) El puntó en la esquina, o la muesca en el extremo. del empaque, identifican el extremo a partir del cuál se cuentan los números de pines. Al igual que con la mayoría de empaques electrónicos, los pines se cuentan en sentido antihorario, viendo desde la parte superior. Los terminales de "cancelación de offset" (offset null), también conocidos como "balance" o "trim" tienen que ver con la corrección de pequeñas asimetrías que son inevitables a la hora de fabricar el amplificador operacional.
Resumen
Es uno de los dos tipos de transistores bipolares, en los cuales las letras "N" y "P" se refieren a los portadores de carga mayoritarios dentro de las diferentes regiones del transistor, los transistores NPN consisten en una capa de material semiconductor dopado P (la "base") entre dos capas de material dopado N. Una pequeña corriente otro tipo de transistor de unión bipolar es el PNP con las letras "P" y "N" refiriéndose a las cargas mayoritarias dentro de las diferentes regiones del transistor consisten en una capa de material semiconductor dopado N entre dos capas de material dopado P. Los transistores PNP son comúnmente operados con el colector a masa y el emisor conectado al terminal positivo de la fuente de alimentación a través de una carga eléctrica externa también ahí transistores en corte, saturación, amplificador CORTE: No circula intensidad por la Base, por lo que, la intensidad de Colector y Emisor también es nula. La tensión entre Colector y Emisor es la de la batería SATURACIÓN: Colector y Emisor se comportan como un interruptor cerrado. La tensión de la batería se encuentra en la carga conectada en el Colector. En este caso, el transistor conduce totalmente y se comporta como un interruptor cerrado .AMPLIFICADOR: Deja pasar más o menos corriente. La ganancia relaciona la variación que sufre la corriente de colector para una variación de la corriente de base.
Los amplificadores operacionales son amplificadores diferenciales con acoplamiento DC de muy alta ganancia Los amplificadores operacionales tienen ganancias de voltaje enormes, y casi nunca son usados sin re alimentación.
Las características principales de un operacional son:
La impedancia de entrada es muy alta, del orden de megohms.
La impedancia de salida Zout es muy baja, del orden de 1 ohm.
Las entradas apenas drenan corriente, por lo que no suponen una carga.
La ganancia es muy alta, del orden de 10^5 y mayor.
En lazo cerrado, las entradas inversora y no inversora son prácticamente iguales.
La ganancia es una magnitud que expresa la relación entre la amplitud de una señal de salida respecto a la señal de entrada. Por lo tanto, la ganancia es una magnitud dimensional, que se mide en unidades como belio El dispositivo amplificará la diferencia entre ambas entradas.Tensión sin carga en la salida de un amplificador operacional no inversor (obtension de impedancia de salida) - Electrónica UnicromTensión con carga RL en la salida de un amplificador operacional no inversor (obtension de impedancia de salida) En un amplificador operacional configurado como amplificador no inversor, la señal a amplificar se aplica al pin no inversor (+) del mismo. Como el nombre lo indica, la señal de salida no está invertida respecto a la entrada No amplifica de la misma manera para todo el rango de frecuencias. Conforme la frecuencia de la señal a amplificar aumenta, la capacidad del Amplificador Operacional para amplificar disminuye.
Ancho de banda del amplificador operacional - Electrónica Unicrom Hay una frecuencia para la cual la ganancia de tensión ha disminuido al 70.7 % de la ganancia a frecuencias medias.
Existen cientos de amplificadores operacionales disponibles, que ofrecen compromisos de rendimiento espécimen que sale bien parado en muchas aplicaciones es el popular LF411 ("411" para ser breves), introducido originalmente por National Semiconductors. Como todo amplificador operacional, este es un chip fabricado en un empaque DIP (dual in line package),. Es barato (aproximadamente 60 centavos de Dólar). Se puede encontrar en una versión mejorada (LF411 A) y en un mini-DIP conteniendo dos amplificadores operacionales independientes (LF412, llamado un amplificador operacional dual). En el interior del 411 se encuentra un bloque de silicio conteniendo 24 transistores
Cuestionario
1.- ¿Qué es un transistor pnp? Son comúnmente operados con el colector a masa y el emisor conectado al terminal positivo de la fuente de alimentación a través de una carga eléctrica externa también ahí transistores en corte, saturación, amplificador.
2.- ¿Qué es un transistor npn? Consisten en una capa de material semiconductor dopado P (la "base") entre dos capas de material dopado N. Una pequeña corriente otro tipo de transistor de unión bipolar es el PNP con las letras "P" y "N" refiriéndose a las cargas mayoritarias dentro de las diferentes regiones del transistor
3.- ¿Cuál es la diferencia de un pnp y npn? Generalmente la diferencia es el material y el rango que aguante en las cargas además de que tienen una diferente utilización generalmente se ocupa cuando eres principiante los pnp que son más fáciles de utilizar y de manejar en los circuitos eléctricos.
4.- ¿Qué es un transistor corte? Es cuando no circula intensidad por la Base, por lo que, la intensidad de Colector y Emisor también es nula es como dice su nombre corta la energía asta que en un momento predeterminado regresa a su estado se comporta como un interruptor abierto
5.- ¿Qué es un transistor saturación? Colector y Emisor se comportan como un interruptor cerrado el transistor conduce totalmente y se comporta como un interruptor cerrado. Este estado se alcanza cuando la corriente por la base (IB) alcanza un valor alto.
6.- ¿Qué es un transistor activo? Dejar pasar más o menos corriente. La ganancia relaciona la variación que sufre la corriente de colector para una variación de la corriente de base
7.- ¿Cuáles son los transistores más ocupados?existen diferentes tipos de transistores en este caso los más ocupados son los encapsulados ya que tieene una resistencia mayor y también se podría decir que los más usados son los bipolares ya sea de los pnp o npn.
8.- ¿Qué es un amplificador operacional? Los amplificadores operacionales son amplificadores diferenciales con acoplamiento DC de muy alta ganancia. Para hacerse una idea de su funcionamiento se puede pensar en el amplificador diferencial clásico con componentes discretos, con sus dos entradas y una sola salida, como prototipo, aunque a decir verdad los amplificadores operacionales reales tienen ganancias mucho mayores (valores típicos 10 ^ 5 a 10 ^ 6)
9.- ¿Cuáles son las características principales de un amplificador operacional?
Las características principales de un operacional son:
- La impedancia de entrada es muy alta, del orden de megohms.
- La impedancia de salida Zout es muy baja, del orden de 1 ohm.
- Las entradas apenas drenan corriente, por lo que no suponen una carga.
- La ganancia es muy alta, del orden de 10^5 y mayor.
- En lazo cerrado, las entradas inversora y no inversora son prácticamente iguales.
10.- ¿Qué es ganancia? Relaciona la variación que sufre la corriente de colector para una variación de la corriente de base
los amplificadores operacionales son amplificadores diferenciales con acoplamiento DC de muy alta ganancia
11.- ¿Cómo se obtiene la impedancia final? Se puede obtener (como la impedancia de entrada) experimentalmente.
1 - Se mide la tensión en la salida del amplificador operacional sin carga Vca. (Al no haber carga, no hay corriente y por lo tanto, no hay caída de tensión en Zo.)
2 - Se coloca después en la salida un resistor de valor conocido RL.
3 - Se mide la tensión en la carga (tensión nominal) = VRL
Bibliografia
amplificador
Universidad De El
Salvador – Facultad De Ingeniería Y Arquitectura – Escuela De Ingeniería
Eléctrica – Instrumentación Electrónica I
http://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2008/04/transistores.pdf
transistor
transistor npn y pnp http://roble.pntic.mec.es/jlop0164/archivos/el%20transistor.pdf http://images.wikia.com/howto/es/images/3/31/TRANSISTORES.pdf
http://www.unicrom.com/Tut_opamp.asp
Link de diario
