Principios de electrónica, 7ma Edición - Albero Malvino

xiv
Cómo usar este libro
Fundamentos de los transistores 231
Figura 7.23 (a) Optoacoplador con LED y fototransistor. (b) Optoacoplador integrado.
R S
+
+
FOTOGRAFÍAS DE COMPONENTES
Se incluyen fotografías de los dispositivos
electrónicos reales con el fin de proporcionar al
estudiante una idea más clara del dispositivo que
está estudiando.
R C
V CC
(b)
V S
–
–
(a)
© Brian Moeskau/Brian Moeskau Photography
la corriente del LED, lo que hace que la corriente a través del fototransistor también varíe. A su vez, esto produce
una variación en la tensión entre los terminales de colector y emisor . Por tanto, se acopla una tensión de señal desde
el circuito de entrada al circuito de salida.
De nuevo, la ventaja más importante de un optoacoplador es el aislamiento eléctrico entre los circuitos de entrada
y de salida. Dicho de otra manera, el terminal común del circuito de entrada es distinto del terminal común
del circuto de salida. Por esta razón, no existe ningún camino de conducción entre ambos circuitos, lo que significa
que uno de los circuitos se puede conectar a tierra y el otro dejarse flotante. Por ejemplo, el circuito de entrada
puede estar conectado a la tierra del chasis del equipo, mientras que el terminal común del circuito de salida puede
no estar conectado a tierra. La Figura 7.23b muestra un optoacoplador integrado típico.
Ejemplo
El optoacoplador 4N24 de la Figura 7.24a proporciona aislamiento de la red eléctrica y detecta los cruces por cero
de la tensión de red. La gráfica de la Figura 7.24 b muestra cómo se relaciona la corriente de colector con la corriente
del LED. He aquí cómo calcular la tensión de pico de salida del optoacoplador:
El rectificador en puente produce una corriente de onda completa a través del LED. Ignorando las caídas en los
diodos, la corriente de pico a través del LED es:
ILED 1,41 4(115V)
10,2 mA
16
k
INFORMACIÓN ÚTIL
El valor de saturación de la corriente del fototransistor es:
El optoacoplador realmente fue
20
V
IC(sat) 2 mA
diseñado como sustituto de estado
1 0 k
sólido del relé mecánico. Funcionalmente,
el optoacoplador es similar a
La Figura 7.24b muestra las curvas estáticas de la corriente del
fototransistor en función de la corriente del LED para tres optoacopladores
diferentes. Con un 4N24 (curva superior), una corriente de
su antigua contrapartida mecánica
LED de 10,2 mA produce una corriente de colector de aproximadamente
15 mA cuando la resistencia de car ga es cero. En la Figura aislamiento entre sus terminales de
ya que ofrece un alto grado de
7.24a, la corriente del fototransistor nunca alcanza los 15 mA porque
se satura a 2 mA. En otras palabras, hay más que suficiente co-
ventajas de utilizar un optoacoplador
entrada y de salida. Algunas de las
rriente de LED para producir la saturación. Puesto que la corrriente
en lugar de un relé mecánico es que
de pico del LED es de 10,2 mA, el transistor está saturado durante
la mayor parte del ciclo. En esta situación, la tensión de salida es tiene velocidades de operación más
aproximadamente igual a cero, como se muestra en la Figura 7.24c. altas, no existen rebotes en los
Los cruces por cero se producen cuando la tensión de red
contactos, su menor tamaño, no
cambia de polaridad, de positiva a negativa, o a la inversa. En un
tiene partes móviles y su compatibilidad
con los circuitos digitales de
cruce por cero, la corriente del LED cae a cero. En ese instante, el
fototransistor pasa a ser un circuito abierto y la tensión de salida
aumenta hasta aproximadamente 20 V, como se muestra en la microprocesador.
Figura 7.24c. Como podemos ver, la tensión de salida es práctica-
TABLAS RESUMEN
Las Tablas-resumen reflejan los puntos importantes
tratados en el capítulo. Los estudiantes pueden utilizarlas
para repasar los temas y como un útil recurso
de información.
Amplificadores de potencia 387
Tabla-resumen 12.1 Clases de amplificador
Circuito Características Se usa en
A
+
V in
–
B/AB
R 1
R 2
V CC
R 1
R 2
V CC
R C
R E
R L
Ángulo de conducción: 360°
Distorsión: pequeña, debida a la
distorsión no lineal
Rendimiento máximo: 25%
MPP VCC
Puede utilizar acoplamiento
mediante transformador para
conseguir un rendimiento de
50%
Ángulo de conducción: 180°
Distorsión: pequeña a moderada,
debida a la distorsión de cruce
Rendimiento máximo 78,5%
MPP VCC
Utiliza el efecto push-pull y
transistores de salida
complementarios
Amplificador de
baja potencia
donde el
rendimiento no es
importante
Amplificador de
potencia de salida.
Puede utilizar
configuraciones
Darlington y
diodos en el
circuito de
polarización
+
V in
–
R 3
R 4
R L
226 Cápitulo 7
Tabla 7.1
Análisis de arriba-abajo
C
C
V CC
L
Ángulo de conducción 180°
Distorsión: grande
Rendimiento máximo 100%
Basado en el circuito tanque
sintonizado
MPP 2 (VCC)
Amplificador de
potencia de RF
sintonizado.
Etapa de amplificación
final en
circuitos de
comunicaciones
VE IE IB IC VC VCE
VBB aumenta A A A A D D
VCC aumenta N N N N A A
RE aumenta N D D D A A
+
V in
–
R B
R L
RC disminuye N N N N D D
la base hará que aumente la corriente de emisor, la corriente de colector y la tensión en la resistencia de colector y,
en consecuencia, la tensión de colector disminuirá.
La Tabla 7.1 muestra los efectos de los pequeños incrementos de las variables independientes del circuito de la
Figura 7.14. Utilizamos A para indicar aumento, D para indicar disminución y N para no variación (variaciones
menores de un 1 por ciento). Estos resultados se han obtenido aplicando la segunda aproximación. Estudiando esta
tabla y preguntándose por qué se producen las variaciones, podemos mejorar nuestra comprensión sobre cómo funciona
este circuito.
7.9 Detección de averías
En un transistor pueden presentarse muchos problemas. Puesto que contiene dos diodos, exceder las tensiones de
disrupción, las corrientes máximas o los límites de potencia puede dañar uno o ambos diodos. Entre los posibles
problemas se incluyen cortocircuitos, circuitos abiertos, altas corrientes de fugas y una reducida dc.
Pruebas fuera del circuito
Normalmente, un transistor se prueba empleando un multímetro digital configurado en el rango de pruebas del
diodo. La Figura 7.15 muestra un transistor npn como dos diodos en oposición. Cada unión pn se puede probar
para obtener los valores con polarización directa y polarización inversa. También puede medirse la tensión
colector-emisor, la cual debería dar como resultado una indicación fuera de rango con cualquier polaridad del multímetro
digital. Dado que un transistor tiene tres terminales, hay seis posibles conexiones del multímetro digital
teniendo en cuenta la polaridad, las cuales se muestran en la Figura 7.16a. Observe que sólo dos de las conexiones
dan como resultado una lectura de aproximadamente 0,7 V. También es importante darse cuenta de que el terminal
de base es la única conexión común en ambas lecturas de 0,7 V y que requiere una conexión de polaridad positiva
(+). Esto también se muestra en la Figura 7.16b.
Figura 7.15 Transistor npn. Figura 7.16 Lecturas de un multímetro digital para un transistor
NPN. (a) Conexiones con polaridad. (b) Medidas en la unión pn.
C
B
C
E
B
C
N
P
N
E
B
C
E
B
E
B
C
C
E
Lectura
E 0,7
B 0L
C 0,7
B 0L
E 0L
C 0L
(a)
–
0,7
+
B
+
0.7
–
E
(b)
+ –
0L
– +
CÓMO PROBAR LOS COMPONENTES
Los estudiantes encontrarán descripciones sobre
como probar componentes electrónicos concretos
utilizando equipos, como por ejemplo, un multímetro
digital.