Fundamentos de Circuitos con Diodos y Transistores: Cálculos y Mediciones Prácticas

1) Cálculos para Circuito Regulador con Diodo Zener

Datos Proporcionados

Los datos proporcionados son:

• $V_e = 17.20 \text{ V}$
• $I_{z\text{min}} = 0.005 \text{ A}$
• $V_z = 12 \text{ V}$
• $I_{z\text{max}} = 0.04 \text{ A}$
• $R_z = 20 \ \Omega$ (Nota: Este valor parece ser la resistencia dinámica del diodo, $r_z$, o un valor de prueba, se mantendrá como $R_z$ según el texto original)
• $R_l = 1500 \ \Omega$

Caso 1: Corriente $I_z$ Máxima ($I_{z\text{max}}$)

En el primer caso, se considera $I_{z\text{máxima}}$:

Caso 2: Corriente $I_z$ Mínima ($I_{z\text{min}}$)

En el segundo caso, se considera $I_{z\text{mínima}}$:

Se adopta una resistencia de $260 \ \Omega$:

Cálculos Adicionales (Variaciones y Potencias)

b.:

Variación:

Variación $V_e$:

c.:

= I_{z\text{max}} = 0.0208 \text{ A}

Potencia del diodo ($P_{\text{diodo}}$): $P_{\text{diodo}} = V_z \cdot I_{z\text{max}} + V_{\text{max}}^2 / R_d$

$P_{\text{diodo}} = 12 \cdot + ( ^2) / 20 = 0.258 \text{ W}$

Potencia en la resistencia ($P_{\text{resist}}$): $P_{\text{resist}} = I^2 \cdot R = ( ^2) \cdot 260 = 0.217 \text{ W}$

2) Medición con el Tester (Multímetro)

Realizamos mediciones con el óhmetro o con el medidor de diodos, conectando el tester entre la base y otro terminal (colector o emisor).

De esta forma, sabemos que si hay continuidad entre positivo y negativo es que estamos midiendo al diodo en polarización directa. Dependiendo de cómo hayamos colocado las puntas del tester sabremos si se trata de un transistor PNP o NPN:

• En polarización directa, la punta positiva del multímetro estará conectada con el cristal P y la negativa con el cristal N.
• Si hay continuidad entre la base y el colector/emisor, habiendo colocado el negativo en la base, es NPN.
• Si se colocó el positivo en la base y hay medida, es PNP.
• Si hay medidas en ambas situaciones, el componente está en cortocircuito.

Una vez determinado esto, se conecta una resistencia seguida del tester y se mide la ganancia ($\beta$):

• Donde la resistencia es mayor, la ganancia es menor; este terminal es el emisor.
• Cuando la ganancia es mayor, se trata del colector.

3) Análisis de Configuración de Transistor BJT (Imágenes)

4) Polarización de un Amplificador BJT (Configuración Emisor Común)

a. Identificación de Componentes

• $R_1$ y $R_2$: Fijan el punto de trabajo (punto Q) del transistor.
• $C_i$ y $C_o$: Son capacitores de acoplamiento encargados de eliminar cualquier señal de corriente continua (DC) que pueda ser amplificada por el dispositivo, permitiendo el paso solo de las señales de corriente alterna (AC), además de ayudar a mantener estable la tensión de base o colector.
• $R_c$: Resistencia que genera la caída de tensión a la salida del circuito.
• $R_e$: Proporciona estabilidad al punto de trabajo frente a variaciones de temperatura, generando una pérdida de ganancia.
• $C_e$: Es un capacitor que genera un cortocircuito efectivo a $R_e$ para la señal AC, con la función de aumentar la ganancia.

b. Diagrama de Polarización

5) Parámetros de Ganancia en Transistores BJT

a. Definiciones de Ganancia

La ganancia es realmente lo que se amplifica la corriente en el transistor.

• Alfa ($\alpha$): Se define como $I_c / I_e$ (corriente en el colector sobre corriente en el emisor). Su valor oscila entre 0.95 y 0.999 (siempre menor a 1).
• En base común: La ganancia principal es de tensión.
• Emisor Común (E. Común): Posee ganancia de tensión y corriente.
• Beta ($\beta$): Se define como la corriente en el Colector sobre la de la Base, $\beta = I_c / I_b$. Su valor puede llegar a ser elevado; si $\alpha = 0.999$, $\beta$ puede llegar a 999.

La relación entre ambos parámetros es:

b. Ecuaciones de Corriente por Configuración

Configuración Base Común ($\text{Config BC}$):

$$I_c = \alpha \cdot I_e + I_{co}$$ $$I_b = (1 - \alpha)I_e + I_{co}$$

Donde $I_c$ es la corriente del colector, $\alpha$ es la ganancia entre el colector y emisor, $I_e$ es la corriente que circula desde el emisor, e $I_b$ es la corriente que circula por la base, e $I_{co}$ es la corriente de fuga.

Configuración Emisor Común ($\text{Config E.común}$):

$$I_c = I_b \beta + (\beta + 1) I_{co}$$