DAVID CHAVARRIA MARTINEZ PRACTICA 7: EL TRANSISTOR COMO ACTIVADOR DE DISPOSITIVOS
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Cuestionario previo 1. ¿Qué es un transistor y cómo funciona? Un transistor es un dispositivo que regula el flujo de corriente o de tensión actuando como un interruptor o amplificador para señales electrónicas. El Transistor es un componente electrónico formado por materiales semiconductores, de uso muy habitual, pues lo encontramos presente en cualquiera de los aparatos de uso cotidiano como las radios, alarmas, automóviles, ordenadores, etc.
Un transistor puede tener 3 estados posibles en su trabajo dentro de un circuito: - En activa: deja pasar más o menos corriente. - En corte: no deja pasar la corriente. - En saturación: deja pasar toda la corriente. Para comprender estos 3 estados lo vamos hacer mediante un símil hidráulico que es más fácil de entender. Lo primero imaginemos que el transistor es una llave de agua como la de la figura. Hablaremos de agua para entender el funcionamiento, pero solo tienes que cambiar el agua por corriente eléctrica, y la llave de agua por el transistor y ya estaría entendido.
2. Menciona el material con que se fabrican los transistores y sus ventajas Los transistores están fabricados aprovechando la semiconductividad de ciertos materiales, como el germanio (Ge) o el arseniuro de galio (Gas). En la actualidad, el material preferido para ello es el silicio (Si), un metaloide abundante en la corteza terrestre. El uso de transistores representó un salto adelante respecto a las técnicas de manejo eléctrico acostumbradas, consistentes en válvulas termoiónicas. No sólo porque permitió maximizar el potencial de los aparatos en tamaños muy inferiores a los
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iniciales, sino que además facilitó la construcción de artefactos capaces de soportar mucha más tensión, permitiendo su uso en condiciones de mucha potencia eléctrica. Además, los transistores son relativamente económicos, consumen poca energía, proveen muchas horas de uso y pueden permanecer en depósito durante largo tiempo sin estropearse. 3. ¿Qué se entiende por polarización de un transistor? Polarizar es aplicar las tensiones adecuadas a los componentes para que funcionen correctamente. Un polo P estará polarizado directamente si se conecta al positivo de la pila, el polo N estará polarizado directamente si se conecta al polo negativo. Al contrario, estarían polarizados inversamente. Hay una gama muy amplia de transistores, por lo que antes de conectar deberemos identificar sus 3 patillas y saber si es PNP o NPN. En los transistores NPN se debe conectar al polo positivo el colector y la base, y en los PNP el colector y la base al polo negativo. La unión BASE-EMISOR siempre polarizado directamente, y la unión COLECTOR – BASE siempre polarizado inversamente en los dos casos.
4. ¿Qué tipos de transistor existen? Existen varios tipos de transistor, dependiendo de su fabricación y sus capacidades:
Transistor de contacto puntual. El primer tipo de transistor inventado y capaz de obtener ganancia, a pesar de que era frágil y difícil de fabricar. Consistía en dos puntas metálicas sobre una base de germanio, basándose en efectos de superficie. Hoy en día ha desaparecido. Transistor de unión bipolar. Se fabrica sobre una base de material semiconductor (intermedio entre conductor y aislante) comúnmente silicio, sobre la cual se ubica un sustrato de cristal que es polarizado a través de elementos donantes de electrones, como el arsénico o el fósforo. Estos polos constituyen el emisor y el colector. Transistor de efecto de campo. Consiste en una barra de material semiconductor en torno al cual genera campo para poder controlar el flujo de la energía mediante un se único polo un (por eso seeléctrico, les denomina unipolares). Fototransistor. Operan como transistores normales, pero al ser sensibles a la radiación electromagnética próxima a la luz visible, pueden ser operados mediante un modo de iluminación: cuando la luz hace las veces de corriente base.
5. Menciona las diferencias entre un transistor PNP y NPN. la principal diferencia es que en el PNP la corriente de salida (entre el emisor y colector) entra por el emisor y sale por el colector. En el NPN la corriente entra por el colector y sale por el emisor y viceversa.
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6. ¿Qué es una conexión Darlington y cómo funciona? El transistor Darlington es un tipo especial de transistor que tiene una muy alta ganancia de corriente. Está compuesto internamente por dos transistores bipolares comunes que se conectan es cascada, como se muestra en el siguiente gráfico.
El transistor T1 entrega la corriente que sale por su emisor a la base del transistor T2. La ecuación de ganancia de un transistor típico es: IE= β x IB (Corriente de colector es igual a beta por la corriente de base). 7. ¿Qué es un fototransistor y cómo funciona? Un fototransistor es, en esencia, lo mismo que un transistor normal, sólo que puede trabajar maneras diferentes: – Como un transistor normal con la corriente de base (IB) (modo común) – Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace las veces de
corriente de base. (IP) (modo de iluminación). Se pueden utilizar las dos en forma simultáneamente, aunque este componente se utiliza principalmente con la patita de la base sin conectar (IB = 0). La corriente de base total a corriente de base (modo común) + corriente de base (por iluminación): IBTes= igual IB + IP. Si es necesario aumentar la sensibilidad del fototransistor, debido a la baja iluminación, se puede incrementar la corriente de base (IB), con ayuda de polarización externa. El circuito equivalente es un transistor común con un fotodiodo conectado entre la base y el colector, con el cátodo del fotodiodo conectado al colector del transistor y el ánodo a la base. 8. ¿Qué es un relé y cómo funciona? Es un aparato eléctrico que funciona como un interruptor, abrir y cerrar el paso de la corriente eléctrica, pero accionado eléctricamente. El relé permite abrir o cerrar contactos mediante un electroimán, por eso también se llaman relés electromagnéticos o relevador.
Vemos que el relé de la figura tiene 2 contactos, una abierto (NC) y otro cerrado (NO) (pueden tener más). Cuando metemos corriente por la bobina, esta crea un campo magnético creando un electroimán que atrae los contactos haciéndolos cambiar de
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posición, el que estaba abierto se cierra y el que estaba normalmente cerrado se abre. El contacto que se mueve es el C y es el que hace que cambien de posición los otros dos. Un circuito que activa la bobina, llamado de control, y otro que será el circuito que activa los elementos de salida a través de los contactos, llamado circuito secundario o de fuerza. Los relés Pueden tener 1, 2, 3 o casi los que queramos contactos de salida y estos puede ser normalmente abiertos o normalmente cerrados (estado normal = estado sin corriente). 9. ¿Qué tipos de relés existen? Relés electromecánicos convencionales. Son los más antiguos y también los más utilizados. El electroimán hace vascular la armadura al ser excitada, cerrando los contactos dependiendo de si es NA ó NC (normalmente abierto o normalmente cerrado). Estos son los que hemos visto anteriormente.
Relés de Núcleo Móvil. Éstos tienen un émbolo en lugar de la armadura anterior. Se utiliza un solenoide para cerrar sus contactos, debido a su mayor fuerza atractiva (por ello es útil para manejar altas corrientes). Este modelo se utiliza mucho en automoción.
Relés Polarizados. Llevan una pequeña armadura, solidaria a un imán permanente. El extremo inferior puede girar dentro de los polos de un electroimán y el otro lleva una cabeza de contacto. Si se excita al electroimán, se mueve la armadura y cierra los contactos. Si la polaridad es la opuesta girará en sentido contrario, abriendo los
contactos o cerrando otro circuito (o varios). Relé tipo Reed. Formados por una ampolla de vidrio, en cuyo interior están situados los contactos (pueden ser múltiples) montados sobre delgadas láminas metálicas. Dichos contactos se cierran por medio de la excitación de una bobina, que está situada alrededor de dicha ampolla. Los relés Reed pueden estar formados exclusivamente por la ampolla de vidrio y el contacto interior. Para activarlo basta con aproximar a la ampolla un imán.
10. Incluye el circuito de un relé como activador.
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DESARROLLO: 1.
Implementa el circuito mostrado a continuación:
2.
Analiza el comportamiento del circuito anterior y anota tus observaciones. El led rojo se apaga cuando el fototransistor no recibe luz y esta prendido cuando el fototransistor recibe luz.
Experimento 2.- El fototransistor como accionador 3.
Implementa el circuito mostrado a continuación:
4.
Explica por qué el motor se acciona y anota tus observaciones.
La corriente que recibe el motor no es suficiente para que se accione.
Experimento 3.- Amplificador de corriente 5.
Implementa el circuito mostrado a continuación:
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a) Observa el comportamiento del circuito anterior y explica que pasa.
Cuando la luz del led emisor entra en el fototransistor el motor se acciona, pero cuando se interrumpe esta luz por completo el motor se apaga. b) Cambie la polaridad del motor y explique qué pasa. Pruebe con un ventilador de computadora el circuito anterior y anote sus observaciones. El sentido de giro del motor se invierte, es decir, si giraba en sentido horario, al cambiar la polaridad ahora gira en sentido antihorario.
Experimento 4.- El fototransistor como accionador 6.
Implementa el circuito mostrado a continuación:
1.
Anota tus observaciones del circuito anterior. Al igual que los circuitos anteriores utilizamos un fototransistor y un led emisor, en esta ocasión, sirve para accionar un relay.
Esto pasa de se la siguiente cuando el led emisor transmiteysu al fototransistor prende unmanera: led gracias al relay que se magnetiza unluz interruptor cierra el circuito con alguno de los leds, así mismo, cuando la, luz deja de transmitirse el relay deja de magnetizarse y hace contacto con el otro interruptor y enciende el otro led.
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Experimento 5.- Controlador de AC 2.
Implementa el circuito mostrado a continuación:
3.
Anota tus observaciones del circuito anterior. En este circuito, incluimos una fuente alterna haciendo que se prendiera el foco cuando el fototransistor recibiera la luz del diodo emisor, y se apagara cuando se interrumpiera esta luz. También hicimos que fuera de manera inversa este proceso conectando al otro interruptor del relé.
4.
Anota tus conclusiones y comentarios finales de esta práctica.
CONCLUSIONES: Utilizamos un fototransistor como accionador de elementos y amplificamos la corriente para manejar dispositivos que requerían de una corriente más elevada. Analizamos cómo funcionaba un relay, un fototransistor y un transistor, así como manipularlos todos juntos para buscar que funcionando al paralelo controláramos el encendido y apagado de varios leds y un foco de corriente alterna.
