Evolución de las redes de datos

 

Transistor bipolar de juntura (TBJ).

Son dispositivos semiconductores de estado sólido que permiten controlar el paso de corriente o disminuir voltaje a través de sus terminales.

Estructura y funcionamiento.

Los transistores BJT están formados por dos uniones de tipo “P y N” o bien de dos diodos semiconductores.

Existen dos tipos transistores BJT, el de tipo NPN y el PNP.

·         Transistor tipo NPN: Esta formado por dos capas de material tipo “N” y separadas por una capa tipo “P”.

·         Transistor tipo PNP: Esta formada por dos capas de material tipo “P” y separadas por una capa tipo “N”.

Estos transistores cuentan con tres terminales, emisor, base y colector. La zona central se denomina base, y las laterales emisor y colector. Estos pines se representan por la inicial del nombre de la zona respectiva: E (emisor), B (base) y C (colector).

1.    La zona de E (emisor), es la más fuertemente dopada, es la zona en cargada de “emitir” o inyectar portadores mayoritarios hacia la base.

2.    La B (base), tiene un nivel de dopado netamente inferior al de la zona de emisor. Se trata de una zona con un espesor muy inferior al de las capas exteriores. La finalidad es la de dejar pasar la mayor parte posible de portadores inyectados por el emisor hacia el colector.

3.    La zona de C (colector), es encargada de recoger o “colectar” los portadores inyectados que han sido capaces de atravesar la base por parte del emisor. Es la zona con un nivel de dopado inferior de las tres.

Para diferenciar los pines y el tipo de transistor NPN o PNP, identificamos la terminal del emisor, ya que esta tiene una flecha que cambia de dirección.

 

Los transistores BJT son fabricados en distintos materiales como Si (Silicio), Ge (Germanio) y GasAs (Arseniuro de galio) los cuales son recubiertos en diferentes encapsulados.

Los transistores BJT pueden funcionar en 2 formas, como interruptor electrónico y como amplificador con ganancia variable.

Configuración en base común.

La base es común tanto para la entrada como para la salida de la configuración. Además, la base por lo general es la terminal más cercana a, un potencial de tierra.

Configuración en colector común.

Se utiliza sobre todo para igualar impedancias, puesto que tiene una alta impedancia de entrada y una baja impedancia de salida, lo contrario de las configuraciones en base común y en emisor común

Configuración en emisor común.

El emisor es común o sirve de referencia para las terminales de entrada y salida, es decir, para las terminales base y colector.

Los transistores BJT más utilizados son:

·         Transistor BJT 2N2222 NPN DE 30V

·         Transistor BJT 2N3904 NPN 40V

·         Transistor BJT 2N3906 PNP 40V

·         Transistor BJT BC547B NPN 45V

·         Transistor BJT BC547C NPN 45V

·         Transistor BJT BC556B PNP 65V

·         Transistor BJT BC557B PNP 45V

·         Transistor BJT BC559B PNP 30V

·         Transistor BJT TIP41C NPN 100V

·         Transistor BJT DARLINGTON TIP120 NPN 60V

 

Transistor de efecto de campo (JFET y MOSFET).

Los Transistores de Efecto de Campo son dispositivos en los que la corriente se controla mediante tensión. Cuando funcionan como amplificador suministran una corriente de salida que es proporcional a la tensión aplicada a la entrada.

Características de los FET (transistores de efecto campo).

·         Por el terminal de control no se absorbe corriente.

·         Una señal muy débil puede controlar el componente.

·         La tensión de control se emplea para crear un campo eléctrico.

·         Son dispositivos controlados por tensión con una impedancia de entrada muy elevada.

·         Generan un nivel de ruido menor que los BJT.

·         Son más estables con la temperatura que los BJT.

·         Son más fáciles de fabricar que los BJT pues precisan menos pasos y permiten integrar más dispositivos en un CI.

·         Se comportan como resistencias, controlados por valores pequeños de tensión drenaje-fuente.

·         Los FET de potencia pueden disipar una potencia mayor y conmutar corrientes grandes.

·         Presentan una respuesta en frecuencia pobre debido a la alta capacidad de entrada.

·         Presentan una linealidad muy pobre, y en general son menos lineales que los BJT.

·         Se pueden dañar debido a la electricidad estática.

  

Existen dos tipos de transistores de efecto de campo o FET (Fiel Effect Transistor):

·       Los JFET (transistor de efecto de campo de unión).  Son dispositivos semiconductores unipolar de tres terminales, es semiconductor N o P, en unión con otros semiconductores contrarios al tipo de canal. Si el canal es de semiconductor N, los otros dos semiconductores serán P. Si el canal es de semiconductor P, los otros dos semiconductores serán N.

·         Los MOSFET (transistor de efecto de campo metal-óxico-semiconductor). Conduce corriente eléctrica entre dos de sus patillas cuando aplicamos tensión en la otra patilla, llamada Gate. Es un interruptor que se activa por tensión.

Ambos dispositivos se utilizan en circuitos digitales y analógicos como amplificador o como conmutador. Sus características eléctricas son similares, aunque su tecnología y estructura física son totalmente diferentes.

Los transistores MOS respecto de los bipolares ocupan menos espacio por lo que su aplicación más frecuente la encontramos en los circuitos integrados.

Las principales aplicaciones de este tipo de transistores se encuentran en la amplificación de señales débiles.

Amplificador operacional.

Es un circuito integrado que mediante componentes externos permite crear una gran variedad de circuitos. Entre los circuitos construidos mediante amplificadores operacionales y componentes externos se encuentran:

·         Inversores.

·         No inversores.

·         Sumadores.

·         Diferenciadores.

·         Comparadores.

·         Convertidores A/D y D/A.

·         Filtros activos.

·         Amplificadores de muestreo y retención.

Lo ideal de un amplificador es que aumente la amplitud de una señal sin afectar otras variables.

Estructura y funcionamiento.

Tiene dos puertas o conexiones, una conexión correspondiente al voltaje de entrada y una conexión correspondiente al voltaje de salida, las dos conexiones están referidas a tierra.

     

                        

En un amplificador operacional ideal se tiene una terminal de entrada inversora (signo menos) y una de entrada no inversora (signo más).

El amplificador operacional es un circuito integrado activo o componente electrónico activo, por lo tanto, es necesario un suministro de alimentación externo para su funcionamiento, por lo general es de ± 15V.

Todos los voltajes están referidos a una tierra común, es decir, se debe conectar todas las tierras al mismo punto o nodo (GND).

La ganancia de voltaje de un amplificador es la razón de las amplitudes del voltaje de salida y voltaje de entrada.

Las impedancias de entrada y salida de un amplificador se obtienen mediante la razón de sus respectivos voltaje y corriente.

 Configuraciones comunes.

·         Configuración del amplificador operacional en lazo abierto.

En esta configuración partimos de que la ganancia esta ajustada a un valor muy alto (aproximadamente 200,000 veces). Esta ganancia el lazo abierto se le conoce como AOL y está en función a la diferencia de las entradas del Op-Amp.  Las entradas, se les conoce como inversora y no inversora, o más y menos.

 ·         Configuración del amplificador operacional en lazo cerrado.

Un amplificador operacional en ganancia controlada, considera una retroalimentación de la salida respecto a la entrada. Las dos configuraciones más básicas son la del inversor y no inversor.

Amplificador operacional inversor.

Invierte la polaridad de la señal de entrada, por lo tanto, invierte y amplifica el voltaje de entrada. La resistencia Rf forma el lazo de retroalimentación, el lazo debe estar conectado de la salida a la entrada inversora del amplificador operacional, esto implica la retroalimentación negativa.

Un amplificador inversor como resultado aumenta la amplitud y tiene un desfase de 180° con relación a la señal de entrada.

Amplificador operacional no inversor.

Amplifica el voltaje de entrada sin invertir la señal, por lo tanto, no invierte la señal pero amplifica el voltaje de entrada.

Amplificador operacional sumador.

Presenta dos o más señales de entrada y la señal de salida es la suma invertida de las señales de entrada.

La corriente entre N1 y GND es igual a cero, ya que tiene impedancia infinita en ambas entradas, por lo tanto, no extrae corriente de los circuitos de entrada.

 

 

 

Amplificador operacional diferencial.

Esta configuración del circuito amplificador se usa para restar señales analógicas.

Amplificador operacional integrador.

Cuando en el circuito del amplificador operacional se sustituye la resistencia de retroalimentación con un capacitor se le conoce como un circuito integrador.