El transistor

Indica si son verdaderas o falsas estas afirmaciones sobre las corrientes del transistor, justificando cada una: (a) siempre se cumple $I_E = I_B + I_C$; (b) en la región activa $I_C = \beta \cdot I_B$; (c) la corriente de base suele ser mayor que la de colector; (d) con la base en circuito abierto el transistor conduce igualmente.

Define la ganancia de corriente $\beta = \frac{I_C}{I_B}$ y explica qué significa que un transistor tenga $\beta = 150$. Indica valores típicos de $\beta$ en transistores de señal (entre $100$ y $300$) y razona por qué los fabricantes solo garantizan un valor mínimo y no uno exacto (dispersión de fabricación).

Un transistor con $\beta = 120$ trabaja en activa con una corriente de base de $40\ \mu\text{A}$. a) Calcula su corriente de colector. b) Calcula su corriente de emisor con $I_E = I_B + I_C$. c) Calcula qué porcentaje de la corriente de emisor llega al colector y comenta el resultado.

En un transistor en activa se miden $I_B = 0{,}5\ \text{mA}$ e $I_C = 85\ \text{mA}$. a) Calcula su ganancia $\beta$. b) Calcula la corriente de emisor. c) Si la tensión de base desaparece ($I_B = 0$), razona cuánto valen ahora $I_C$ e $I_E$ y en qué región queda el transistor.

La figura muestra las curvas características de salida de un transistor, con sus tres regiones rotuladas y el punto de trabajo $Q$ marcado. a) Indica en qué región se encuentra el punto $Q$. b) Lee en la gráfica, de forma aproximada, los valores de $I_C$ y de $V_{CE}$ del punto (señalados con el interrogante). c) Explica qué curva de la familia corresponde a la mayor corriente de base y por qué.

Determina la región de trabajo de un transistor NPN en cada caso, justificándolo: (a) $V_{BE} = 0{,}7\ \text{V}$ y $V_{CE} = 0{,}2\ \text{V}$; (b) $V_{BE} = 0{,}7\ \text{V}$ y $V_{CE} = 6\ \text{V}$ con alimentación de $12\ \text{V}$; (c) $V_{BE} = 0\ \text{V}$; (d) $V_{BE} = 0{,}7\ \text{V}$ y $V_{CE} = 11{,}9\ \text{V}$ con alimentación de $12\ \text{V}$.

Un transistor con $\beta = 200$ y $R_C = 1\ \text{k}\Omega$ se alimenta a $12\ \text{V}$. a) Dibuja la recta de carga calculando sus dos extremos: corte ($I_C = 0$, $V_{CE} = V_{CC}$) y saturación ideal ($V_{CE} = 0$, $I_C = \frac{V_{CC}}{R_C}$). b) Con $I_B = 30\ \mu\text{A}$, calcula $I_C$ suponiendo activa y el $V_{CE}$ resultante, e indica la región real. c) Repite con $I_B = 100\ \mu\text{A}$ y explica por qué el modelo de activa da un resultado imposible: el transistor ya está en saturación.

Un transistor NPN conmuta un LED desde una salida digital de $5\ \text{V}$. Datos: LED de $2\ \text{V}$ y $20\ \text{mA}$, alimentación de $9\ \text{V}$, $\beta$ mínima de $100$, $V_{BE} = 0{,}7\ \text{V}$ y $V_{CE(sat)} = 0{,}2\ \text{V}$. a) Calcula la resistencia del LED con $R_C = \frac{V_{CC} - V_{LED} - V_{CE(sat)}}{I_C}$. b) Calcula la corriente de base mínima para saturar y, aplicando un margen de seguridad de $\times 3$, la resistencia de base $R_B = \frac{V_{control} - V_{BE}}{I_B}$.

La figura muestra un transistor que acciona la bobina de un relé desde una señal de control. a) Calcula la corriente de colector necesaria. b) Calcula la corriente de base mínima con la $\beta$ mínima indicada y elígela con un margen de $\times 2$. c) Calcula la resistencia de base $R_B$, marcada con el interrogante. d) Explica la función del diodo en antiparalelo con la bobina.

Diseña por completo un interruptor con transistor para un LED de $2\ \text{V}$ y $25\ \text{mA}$ alimentado a $12\ \text{V}$ y controlado por una salida digital de $5\ \text{V}$. Datos del transistor: $\beta$ mínima $80$, $V_{BE} = 0{,}7\ \text{V}$ y $V_{CE(sat)} = 0{,}2\ \text{V}$. a) Calcula $R_C$ y elige un valor comercial. b) Calcula $R_B$ con margen de saturación $\times 2$ y elige un valor comercial. c) Calcula la potencia que disipa el transistor en conducción y explica por qué es tan pequeña.

En un circuito interruptor: $R_B = 47\ \text{k}\Omega$, $R_C = 220\ \Omega$, $V_{CC} = 9\ \text{V}$, señal de control de $5\ \text{V}$, $\beta = 150$ y $V_{BE} = 0{,}7\ \text{V}$. a) Calcula $I_B$ y la $I_C$ que correspondería a la región activa. b) Calcula la $I_C$ máxima posible (saturación, con $V_{CE(sat)} = 0{,}2\ \text{V}$) y determina en qué región trabaja realmente el transistor. c) Si no satura, recalcula $R_B$ para garantizar la saturación con margen $\times 2$ y elige un valor comercial.

El montaje Darlington conecta dos transistores de modo que el emisor del primero ataca la base del segundo. Explica qué ganancia total resulta ($\beta \approx \beta_1 \cdot \beta_2$), qué problema resuelve (excitar cargas grandes con corrientes de mando minúsculas) y qué inconveniente tiene (la tensión base-emisor se duplica, unos $1{,}4\ \text{V}$).

Explica qué es el punto de trabajo $Q$ de un amplificador y por qué, para amplificar señal, se sitúa cerca del centro de la recta de carga: qué le ocurre a la señal de salida si el punto $Q$ queda demasiado cerca del corte o demasiado cerca de la saturación (recortes de un semiciclo).

Dos transistores de $\beta_1 = 100$ y $\beta_2 = 80$ se montan en Darlington. a) Estima la ganancia total del conjunto. b) Calcula la corriente de colector si la base del primero recibe $10\ \mu\text{A}$. c) Cita dos aplicaciones donde interese esa enorme ganancia (sensores táctiles, etapas de salida de potencia) y razona el inconveniente de la doble $V_{BE}$.

Un Darlington debe accionar un motor de $12\ \text{V}$ y $500\ \text{mA}$ desde una salida digital que solo puede entregar $0{,}5\ \text{mA}$. a) Estima la ganancia total necesaria y comprueba que un Darlington con $\beta_1 = 50$ y $\beta_2 = 40$ la cubre. b) Calcula $R_B$ con $V_{BE}$ total de $1{,}4\ \text{V}$, control a $5\ \text{V}$ y margen $\times 2$. c) Calcula la potencia que disipa el Darlington en conducción si su $V_{CE(sat)}$ es de $0{,}9\ \text{V}$, y compárala con la de un transistor sencillo: razona por qué el Darlington satura «más alto».