A la corriente de base del punto A se le denomina corriente de base mínima por ser este valor, el valor mínimo que garantiza que el transistor se encuentra en la región de saturación (ICSat)- Entonces la expresión 4.3 toma la
forma:
En la expresión 4.4 se ha empleado el valor de hFEmin para asegurarle saturación. Esta hFEmin será la mínima que reporta el fabricante.
Con el objeto de asegurar que el transistor está en saturación se debe cumplir:
La proyección del punto A sobre el eje horizontal nos muestra el voltaje de colector a emisor en saturación (VCE SAT)que en el caso de transistores de silicio es aproximadamente .3 volts. El valor exacto para un transistor específico es una función de la corriente de colector y puede variar de aproximadamente .1 a .5 volts. Para transistores de germanio, un valor típico para VCE SAT es . 1 volts.
En un transistor ideal, el voltaje de colector a emisor en saturación sería cero, o sea que para el circuito de la Fig. 4.3b considerando el transistor ideal, el voltaje Vcc aparece a través de la resistencia Re y una corriente Ic
SAT fluye a través de ella.
Resolviendo el circuito de la Fig. 4.3b en la trayectoria Vcc, Re, VCE,para
Cuando el transistor se encuentra en la región de saturación la unión base-emisor toma el valor típico de .7 volts en el caso de transistores de silicio y .3 volts (típico) en el caso de transistores de germanio.
Para poder cumplir con la condición de que la unión base-emisor sea polarizada directamente en el caso de un transistor saturado; a la entrada del circuito se deberá aplicar un voltaje de la polaridad adecuada, que para el caso de la Fig. 4.3b deberá ser positivo ya que con esto se garantiza que la base (P) sea más positiva que el emisor (N). La pregunta que surge ahora es: ¿De qué valor deberá ser el voltaje de entrada del circuito para satisfacer la condición de saturación del transistor? La respuesta es simple y para ello hay que resolver el circuito de entrada en particular; que para la Fig. 4.3b se puede establecer:
Donde:
VB = voltaje aplicado a la entrada (ver Fig. 4.3a) Despejando de la expresión 5.9 el valor de VB,se tiene:
Por lo general Vcc » VCE SAT,entonces la ecuación 4.6 toma la forma:
Despejando el valor de IcSAT de la expresión 4.7 y sustituyendo éste en la
expresión 4.11 se tiene:
Con el objeto de garantizar que el transistor hace el cambio de corte a saturación, se debe aplicar un voltaje mayor al de la expresión 4.12, obteniéndose:
En suma, para que un transistor se encuentre en saturación (interruptor cerrado), se deben cumplir laá ecuaciones 4.5 y 4.6 además de resolver el circuito de entrada para determinar el voltaje necesario para llevar al transistor a saturación, por lo que para el caso de la Fig. 4.3b, se debe cumplir también la ecuación 4.13; además cuando un transistor va de corte a saturación, para entrar a la región activa se necesita un voltaje base-emisor mínimo al cual se le denomina voltaje de arranque y se denota por Vr siendo
de .5 volts para transistores de silicio y de .1 volt para transistores de germanio. Finalmente el voltaje base-emisor de saturación toma el valor de .7 volts para transistores de silicio y de .3 volts para transistores de germanio (típicos).
Como VBE SAT es mayor que VCE SAT se cumple la otra condición de que la unión base colector quede polarizada directamente.
Por último hay que hacer notar, aunque ya se ha dicho; que cuando el transistor se encuentra en corte, un voltaje igual al de alimentación se
EL TRANSISTOR COMO CONMUTADOR
encuentra a la salida, mientras que a la entrada un voltaje de cero volts o menor es aplicado (caso de transistor NPN). Con el objeto de cumplir con la condición de cumplir con la condición de polarización inversa.
En caso contrario también es verdad, o sea que cuando un voltaje es colocado a la entrada, un voltaje cero es obtenido a la salida (VCE SAT -
cero) es decir que la señal se ha invertido en ambos casos mencionados. Es por ello que a un transistor que trabaja como conmutador y que invierte la señal de voltaje también se le denomina inversor; sin embargo se recalca que en cuanto a corriente, en el caso del transistor cortado no circula corriente en el colector y por lo tanto se dice que el interuptor está abierto y por el contrario cuando el transistor se encuentra saturado, y la corriente de colector en saturación es la que circula en el colector y se dice que el interruptor está cerrado.
4.5 Ejemplos de Diseño
1. El circuito a diseñar debe temer las siguientes características:
y debe ser semejante al de la Fig. 4.3b.
Para resolver el problema, primeramente se ve que el voltaje requerido a la salida es positivo, entonces el transistor que se debe escoger, debe ser NPN. A continuación se debe ver que los voltajes de rompimiento así como la corriente máxima de colector del transistor satisfagan a los requisitos pedidos. Suponiendo que algunas de las características del transistor son: