Índice.
1. Introducción.
2. Conceptos previos. Polarización del transistor.
3. El transistor con polarización de base.
4. El transistor como interruptor. Conmutación.
4.1.- El transistor en saturación.
4.2.- El transistor en corte
5. Tiempo de conmutación.
6. Circuitos típicos del transistor en conmutación.
6.1.- circuitos generadores de señal
6.1.1.- Multivibrador monoestable.
6.1.2.- Multivibrador estable.
6.1.3.- Biestable.
6.2.- Circuitos digitales.
6.2.1.- Circuitos lógicos con transistores bipolares.
6.2.1.1.- Función igualdad.
6.2.1.2.- Función inversión.
6.2.1.3.- Función O.
6.2.1.4.- Función lógica NOR con tecnología RTL.
6.2.1.5.- Función lógica AND (Y).
6.2.1.6.- Puerta lógica NAND con tecnología DTL.
6.2.1.7.-Puerta lógica NAND con tecnología TTL.
6.2.2.- Circuitos lógicos con transistores MOS.
6.2.2.1.- Inversor MOS estático.
6.2.2.2.- Funciones NAND y NOR con tecnología MOS estática.
6.2.2.3.- Circuitos lógicos con tecnología MOS dinámicos.
Bibliografía.
§ E. Mandado. “Sistemas Electrónicos Digitales”. (7ª Edición.); Ed. Marcombo; Barcelona 1991.
§ M. Santoro. “Diodos, Transistores y Sistemas Integrados”.; Ed. Paraninfo, Madrid 1973
§ A. J. Padilla. “Electrónica General 2. Dispositivos Básicos y analógicos” ;McGraw Hill. Madrid 1991.
§ A.A. V.V. “Prácticas de Electrónica”. Ed. McGraw Hill, Madrid, 1991.
1.- Introducción.
El uso de los transistores está muy extendido en circuitos de conmutación, en tratamiento de impulsos en radar, televisión, telemetría, comunicaciones codificadas mediante impulsos y en equipos de cálculo electrónico.
El concepto fundamental de un circuito de conmutación es una variación neta del estado de funcionamiento con arreglo a una alteración rápida de una tensión, una corriente o una combinación de estos dos factores; alteraciones que pueden emplearse para desarrollar un función lógica, como sucede en los calculadores electrónicos, o para transferir una energía, como es el caso de los circuitos de excitación de relés.
Un interruptor muestra una resistencia muy elevada cuando está abierto, al tiempo que una muy baja cuando está cerrado. Los transistores como elementos interruptores electrónicos ofrecen la doble ventaja de no poseer órgano mecánico alguno ni parte en movimiento, al tiempo que son fácilmente accionabas mediante impulsos eléctricos.
Los interruptores transistorizados pueden funcionar con generadores, amplificadores, inversores, divisores de frecuencia, conformadores de onda, circuitos de disparo y de bloqueo y otras muchas funciones. Las utilizaciones referidas están normalmente caracterizadas por un funcionamiento lineal del transistor.
2.- Conceptos previos. Polarización del transistor.
Entendemos por polarización a la acción y efecto de suministrar una tensión continua al transistor con el fin de fijar el punto de funcionamiento del mismo, situándolo en la zona lineal de conducción, justo en el punto de corte o en la zona de corte.
En ausencia de tensiones de polarización los electrones libres producen dos capas agotadas producidas por recombinación con una barrera de potencial próxima de 0,7 V insalvable por los portadores si no se les comunica energía suficiente.
Esto aplicado al transistor provoca un estrechamiento de la región efectiva de base, como se aprecia en la siguiente figura:
Si al transistor le conectamos dos baterías de la forma indicada en la siguiente figura (a), las dos uniones PN internas de los transistores quedan polarizados directamente y, una vez superados los valores de las barreras de potencial, circularan corrientes elevadas, debidas a los portadores mayoritarios, por el emisor IE, por el colector IC y por la base la suma de ambas IB.
Invirtiendo las polaridades de V1 y V2, Fig. (b), se polarizan inversamente ambas uniones y las pequeñas corrientes que circulan son debidas a los portadores minoritarios.
Polarizando directamente el diodo emisor e inversamente el diodo colector Fig. (c), la mayoría de los electrones que abandonan el emisor alcanzan el colector y circulan por el circuito exterior de éste. El resto se recombina con los huecos de la base y circulan por su terminal externo.
El transistor se utiliza en conmutación, con una polarización directa en la base e inversa en el colector (polarización de base ) y, el emisor esté puesto a masa (emisor común).
3.- El transistor con polarización de base.
Si disponemos de un circuito de polarización de base y, hacemos variar de manera controlada ciertos parámetros, veremos la evolución del resto.
En el circuito de la figura se puede ver que VBB y VCC pueden variar la tensión entregada, ello implica que todas las tensiones y corrientes son susceptibles de variación. RC y RB limitan las corrientes máximas que pueden circular por el transistor.
Ajustando VBB podemos ajustar los valores de IB , pues bien, manteniendo constante dicha corriente a un valor determinado y variando VCC variaremos a su vez VCE , lo que implica una posible variación de IC. Con estos datos construiremos una gráfica de IC, en función de VCE con IB constante. Si ajustamos nuevos valores de la corriente de base y repetimos el proceso, obtendremos nuevas curvas. A estas curvas se las llama curvas de colector o característica de transferencia. De ellas nos vamos a servir para ver el comportamiento del transistor.
Cuando IB = 0, para VCE: = 0, IC= 0, si se va aumentando la tensión colector-emisor, vemos que la corriente de colector se estabiliza rápidamente aunque a un valor muy bajo, algunos nA o mA dependiendo del tipo de transistor. Ello es debido a la corriente de fuga del diodo colector que se encuentre en inverso y se la denomina lCBC, si se sigue aumentando VCE se alcanza la región de ruptura por avalancha donde el transistor se destruye irremediablemente, a este valor se le denomina BVCBC.
Los fabricantes indican un valor VCEOmax que no ha de ser sobrepasado bajo ninguna circunstancia para evitar el posible deterioro del componente.
Para un valor superior de IB , IB1 en el origen, VCE = 0, la corriente de colector es nula, para pequeños aumentos de la tensión colector-emisor IC crece rápidamente y, a partir de algunas décimas de voltio, se hace prácticamente constante, o más exactamente, los incrementos son muy pequeños y son debidos al ensanchamiento de la región agotada del diodo base-colector lo que permite que éste recoja algunos electrones más de la base.
Incrementando de nuevo VCE se alcanzará de nuevo la tensión de ruptura, aunque en este caso a un valor inferior que para IB = 0.
Repitiendo el proceso para nuevos valores de la corriente de base ( IB2 , IB3 …) , los hechos se repiten.
– IC se hace prácticamente constante a valores más elevados y cada vez se va alcanzando antes la tensión de ruptura.
– A medida que la corriente de base se va haciendo mayor, la pendiente de la curva aumenta entre los puntos de codo y ruptura, ello implica conjuntamente con los aumentos de lC provocados por los incrementos de la tensión colector-emisor, que b no es constante, pues si así fuera en cualquier punto de cada curva la relación 
sería la misma y es fácil de comprobar que no lo es.
A la vista de la familia de curvas se distinguen tres zonas que coinciden con tres posibles condiciones de trabajo.
– Saturación.
– Activa o lineal.
– Corte.
4.- El transistor como interruptor. Conmutación.
Para poder emplear el transistor como interruptor deberíamos conocer previamente cual es la analogía entre uno y otro.
Cuando el transistor está en corte se puede comparar con un interruptor abierto y cuando está en saturación es equivalente a un interruptor cerrado.
Como las condiciones de corte y saturación las determina normalmente el circuito asociado a la base, se puede establecer la siguiente relación entre un transistor y un interruptor. Las láminas de contacto del interruptor son equivalentes al colector y al emisor, y la palanca que provoca la unión de ambas láminas equivale a la base. La fuerza que mueve la palanca es la señal aplicada a la base.
Este símil sería totalmente cierto, en el circuito de paso colector-emisor, si el transistor en saturación presentara una VCE = 0, y en corte una IC= 0, lo cual no es cierto, pero en la mayoría de los casos ambas magnitudes se pueden despreciar y considerar el transistor como un interruptor ideal para c.c, ya que el transistor sólo deja circular corriente por el circuito colector-emisor en el sentido impuesto por los portadores mayoritarios.
4.1.- El transistor en saturación.
Saturación es la zona comprendida entre el origen de coordenadas y el codo de las curvas, en ella el diodo colector está polarizado directamente y el transistor se comporta como una pequeña resistencia. En esta zona un aumento adicional de la corriente de base no provoca un aumento de lC sino que ésta depende de la tensión entre colector y emisor exclusivamente. En estas condiciones, el transistor se asemeja, en su circuito colector-emisor, a un interruptor cerrado (saturado) y la corriente que circula por el circuito de colector ha de ser limitada por el circuito exterior.
En saturación, Vce » 0 . Analizando la malla de colector de la siguiente figura:
Donde:
En saturación, la corriente (lC) del transistor es nominalmente 
y como RC es pequeña, puede ser necesario mantener a VCC pequeña para que quede dentro de las Iimitaciones impuestas por el transistor respecto a corriente máxima y disipación.
La variación total de tensión en el interruptor de transistor es VCC –VCE (saturación). El símbolo VCE (saturación) corresponde a la tensión colector emisor cuando el transistor está en saturación. Si VCC es fija, para conseguir una variación de la tensión de salida tan grande como sea posible, es necesario que VCE (saturación) sea lo menor posible.
Es conveniente una salida grande para reducir la sensibilidad del circuito de conmutación al ruido, a fluctuaciones de la tensión de alimentación, al envejecimiento y sustitución del transistor, etc. Hay también ocasiones en que la salida de un interruptor se acopla en continua a la entrada de otros interruptores, y una variación pequeña en VCE (saturación) determinaría si los interruptores posteriores están cortados o en saturación.
Por estas dos razones, el fabricante de un transistor de conmutación especifica invariablemente VCE(saturación) en condiciones particulares de funcionamiento o proporciona información con la cual calcular VCE (saturación).
Para un transistor funcionando en la región de saturación, una magnitud interesante es el cociente
. Este parámetro se llama resistencia de saturación con emisor común, con las
designaciones RCS ,RCES, RCE(saturación).
La tensión de saturación depende no solo del punto de funcionamiento sino también del material semiconductor (germanio o silicio) y del procedimiento de fabricación del transistor.
Un parámetro de interés en relación con los transistores, es la razón 
que establece la relación entre las corrientes de colector y de base. Este cociente se conoce con el nombre de razón de transferencia de corriente directa en c.c, o simplemente como beta de c.c, y se representa por hFE.
Conocemos lC dado aproximadamente por ![clip_image022[1]](https://oposinet.com/wp-content/uploads/2016/08/clip_image0221-2.gif "clip_image022[1]")
, y el conocimiento de hFE nos dice cuanta corriente de base de entrada 
será necesaria para saturar el transistor.
4.2.- El transistor en corte.
El hecho de hacer la corriente de base igual a cero es equivalente, a mantener este circuito abierto. En estas condiciones la corriente de colector es tan pequeña que, si la despreciamos, podemos comparar el transistor, su circuito colector – emisor, con un interruptor abierto, y se dice que el transistor está “en corte” o simplemente “cortado”.
Las polarizaciones han de ser:
– diodo colector inversamente y,
– diodo emisor, inversamente o sin polarización.
En la figura con el transistor en corte ICC »0. Analizando la malla de colector:
|
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Como:
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Entonces:
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La corriente de colector cuando la corriente de emisor es nula se designa por medio de lCBC. Dos factores cooperan en hacer 
.
En primer lugar existe una corriente de pérdidas que circula no por la unión sino a su alrededor y a través de las superficies. La corriente de pérdidas es proporciona¡ a la tensión de la unión.
La segunda razón es que pueden generarse nuevos portadores por colisión en la región de unión, dando lugar a multiplicación en avalancha y ruptura eventual. La corriente inversa de saturación puede variar con la temperatura y con el tipo de transistor.
En la siguiente figura, la fuente VBB aplica una tensión de polarización inversa a la base del transistor a través de RB y mantiene al transistor cortado en presencia de la corriente inversa de saturación ICBC.
Para que se produzca el corte debe cumplirse que VBE < – 0, 1V . En esas condiciones IB = -ICBC
Si por cualquier causa –IB cae por debajo del valor ICBC necesario para mantener la condición de corte, la corriente de colector aumentará y llevará al transistor a la región activa, donde la disipación de potencia en la unión de colector es mayor. La disipación de potencia en la unión de colector hará aumentar su temperatura, aumentando con ello ICBC. Hay posibilidad de que el proceso de crecimiento de IC pueda ser regenerativo y se pierda el control.
5.- Tiempo de conmutación.
Cuando el conmutador de la siguiente figura se acciona de abierto a cerrado y posteriormente de nuevo a su posición de abierto, se generan los impulsos de corriente que se representan en la figura. El impulso rectangular de corriente de entrada IB lleva al transistor de la conducción a la saturación y posteriormente a una nueva conducción.
La corriente de salida IC muestra un efecto de distorsión introducido por el transistor al no responder instantáneamente a las variaciones de nivel de seña.
La respuesta del transistor durante los tiempos de salida tr y de entrada tf se denomina respuesta a los transitorios y está sustancialmente determinada por las características del transistor en la región lineal activa.
El tiempo de retardo td es la duración del intervalo durante el cual se mantiene interrumpido el transistor a causa de la aplicación del impulso de entrada. Su aparición se debe a la reacción de la polarización directa que se aplica a la “capacidad de empobrecimiento” de emisor hasta que la corriente de colector comieza a circular.
El tiempo de subida tr es el intervalo de tiempo necesario para que el borde inicial del impulso pase del 10 al 90% de su valor máximo. El tiempo de subida puede reducirse sobreexcitando el transistor, pero normalmente sólo es posible emplear pequeñas magnitudes de sobreexcitación por su influencia sobre el tiempo de interrupción (tiempo de almacenamiento + tiempo de descenso).
La duración del impulso tp es intervalo de tiempo durante el cual el impulso se mantiene aproximadamente en su valor máximo. La duración del impulso se mide entre los puntos del borde inicial y del final de impulso en el que la amplitud es el 90 por 100% valor máximo.
El tiempo de almacenamiento ts es aquel en el cual la corriente de salida lC mantiene su valor máximo a partir del instante en que la corriente IB se invierte. La duración del tiempo de almacenamiento depende principalmente de la saturación provocada en el transistor y de la magnitud de la corriente inversa de base.
El tiempo de descenso del impulso es el necesario para que el borde en descenso disminuya su amplitud del 90 al 10% del valor máximo. El tiempo de descenso puede reducirse provocando una corriente inversa al final del impulso de entrada.
El tiempo total de inserción de un transistor es la suma de los tiempos de salida y retardo.
El tiempo total de interrupción es la suma de los de almacenamiento y de descenso. Una reducción del tiempo de almacenamiento o de descenso disminuye simultáneamente el tiempo de interrupción, aumentándose el ritmo de repetición de los impulsos obtenibles del circuito.
6.- Circuitos típicos del transistor en conmutación.
Estudiaremos en este apartado las aplicaciones características del transistor en conmutación; como son los generadores de señales y los circuitos digitales.
6.1.- Circuitos generadores de señal.
Los generadores de señal pueden ser activados por otra señal exterior, cuando se utiliza una señal exterior para provocar una variación instantánea de las condiciones de funcionamiento de un circuito transistorizado se dice que el circuito se dispara. Los circuitos de disparo pueden ser monoestables y biestables, también están los astables, que son circuitos que no necesitan ser disparados exteriormente, sino que por el simple hecho de conectarles la alimentación, producen en su salida una señal con dos estados diferentes, y suelen utilizarse como generadores de onda cuadrada.
6.1.1.- Multivibrador monoestable.
El circuito monoestable tiene un estado de funcionamiento bien en la región de saturación, o bien en la de corte. Un impulso exterior provoca el disparo del transistor de una región a otra, pero el circuito retorna a su estado original tras un intervalo de tiempo que depende concretamente de la constante de tiempo de los elementos del circuito.
En la figura, se muestra un circuito monoestable, capaz de generar un impulso de tiempo constante cuando se le aplica un impulso de excitación a la base del transistor Tr2 .
El multivibrador monoestable es un temporizador que retarda a la desconexión. Cuando se conecta la tensión de alimentación, después de unos instantes de inestabilidad, el transistor Tr1 se satura y el Tr2 pasa al corte. Esta situación permanece inalterable mientras no se aplique un impulso de tensión en la base de Tr2 . Cuando esto ocurre, Tr2 empieza a conducir hasta que se satura, y C que estaba cargado a la tensión de la batería mantiene su carga y hace negativa a la base de Tr1 pasando este al estado de corte.
A partir de este momento el condensador inicia un proceso de descarga a través de RB1 Cuando la tensión en la base T alcanza un valor aproximado de 0,7V, el transistor comienza a conducir y automáticamente Tr2 pasa al estado de corte. El condensador C vuelve a cargarse de nuevo a través de la resistencia Rc2
6.1.2.- Multiplicador astable.
Un multivibrador astable o inestable no posee ningún estado estable. En la siguiente figura se muestra un circuito constituido básicamente por dos transistores, capaz de generar una señal cuadrada, conocido como multivibrador astable.
Cuando se conecta el circuito al generador de c.c, alguno de los dos transistores se satura, y debido a la conexión entre ambos el otro elemento pasa automáticamente al estado de corte. Al cabo de un determinado tiempo, que depende de los valores de Rb y de C, el transistor que está bloqueado pasa a saturación y, como consecuencia, el que está saturado pasa al corte. Este funcionamiento es cíclico y continua mientras se mantenga conectada la pila que alimenta al circuito. Las señales de salida son complementarias y se obtienen entre los colectores de los transistores y tierra.
En la figura se muestran las formas de onda de las tensiones en las bases y en los colectores de los transistores.
6.1.3.- Biestable.
El circuito biestable también llamado flip-flop, tiene un estado estable en cada región de funcionamiento. El transistor pasa de un estado estable a otro por efecto de un impulso exterior, es siempre imprescindible un segundo impulso de disparo para provocar la conmutación del circuito y restituirlo a su estado estable original.
En la figura se muestran dos circuitos de entrada separados. Al aplicar un impulso a la entrada A se altera la condición de funcionamiento del circuito. Un impulso de la misma polaridad aplicado a B o de polaridad opuesta aplicado en A hacen retornar el circuito a su estado original. Los condensadores sirven para acelerar la acción de conmutación.
La salida consiste en un impulso doble de tensión cuando se aplica un solo impulso, o una onda cuadrada si se aplica a la entrada una serie de impulsos continuos.
6.2.- Circuitos digitales.
El transistor en conmutación se aplica en electrónica digital en la realización de circuitos lógicos. En un principio los circuitos lógicos han sido realizados mediante componentes discretos. La existencia de un número reducido de funciones lógicas elementales ha permitido la fabricación en serie primeramente de circuitos bloque y posteriormente de circuitos integrados monolíticos. La utilización de estos componentes reporta la obtención de mayor fiabilidad del sistema, junto con unas dimensiones más reducidas del mismo.
Según el tipo de transistor utilizado podemos clasificar a los circuitos integrados en tres grupos:
– Circuitos integrados monolíticos con transistores bipolares.
– Circuitos integrados monolíticos con transistores MOS.
– Circuitos integrados monolíticos con transistores bipolares y MOS (BICMOS).
6.2.1.- Circuitos lógicos con transistores bipolares.
Los circuitos lógicos con transistores bipolares en saturación han sido realizados mediante diferentes técnicas de las cuales las que más se utilizan son:
– Lógica resistencia – transistor (RTL).
– Lógica diodo – transistor (DTL).
– Lógica transistor – transistor (TTL).
Otras técnicas también usadas son:
– Alta inmunidad al ruido (HTL)
– Lógica de acoplamiento por emisor (ETL).
– Tecnología de inyección integrada (I2L)
6.2.1.1.- Función igualdad.
Lo primero que se puede decir es que un circuito a transistores capaz de realizar una función lógica deberá actuar, tanto en entrada como en salida sobre niveles lógicos de tensión. Éstos niveles pueden ser el nivel BAJO (L) o el nivel ALTO (H). Si llamamos A a la entrada del circuito y la salida la designamos por Y, nuestro circuito a transistores deberá cumplir las siguientes condiciones para que se le pueda clasificar como función igualdad:
– Si la entrada A = L, la salida Y = L (L = BAJO)
– Si la entrada A = H, la salida Y = H (H = ALTO).
Consta de tres etapas: entrada, excitación y salida.
§ La etapa de entrada, es la encargada de adaptar el nivel lógico que se aplica a la entrada del circuito lógico para que pueda atacar a la etapa de excitación.
Si la entrada A tiene valores de tensión comprendidos ente 0 y 0,9V (nivel bajo L), el transistor T1 está cortado; la tensión en su colector será lo suficientemente alta como para polarizar la base de T2 que entrará en conducción al recibir corriente a través de R2. La tensión colector-emisor será muy pequeña. El resultado es que la tensión en el emisor de T2 sube lo suficiente como para polarizar al diodo base – emisor de T4 que entrará en saturación y por tanto la salida Y tendrá un nivel bajo. En estas condiciones T3 no entra en conducción, dado que no tiene suficiente tensión en la base corno para polarizar a su diodo base – emisor.
Si por el contrario la entrada A supera los 0,9V, T1 comienza a conducir de manera que alcanzados los 1,2V, llega a conducir a saturación y provoca el corte o bloqueo de T2.
Si no se envía corriente a la base de T2, presentara una gran impedancia en su unión colector – emisor. La corriente puede fluir a través de R4, polarizar la base de T3 y ponerlo en saturación. Al estar cortado T2, T4 también lo estará, por tanto la tensión en su colector será alta y la salida Y tendrá un nivel alto.
En resumen:
§ Entrada A = L (nivel BAJO); salida Y =L (nivel BAJO).
T1 estará en corte.
T2 estará en saturación.
T3 estará en corte.
T4 estará en saturación.
§ Entrada A = H (nivel ALTO); salida Y =Y (nivel ALTO)
T1 estará en saturación.
T2 estará en corte.
T3 estará en saturación.
T4 estará en corte.
6.2.1.2.- Función inversa.
Las entradas de excitación y salida son similares al del circuito igualdad sin embargo la salida es distinta. Veamos el funcionamiento en la siguiente figura:
Para niveles de tensión en la entrada A algo elevados y próximos a 5V, se produce el siguiente fenómeno:
– a través de R1 se produce el paso de una corriente suma de dos corrientes parciales; una corriente es la del diodo base – emisor de T1, en sentido directo de paso y que circula mientras A tenga una tensión inferior a 5V.
– La otra es la corriente que pasa por el diodo base – colector de T1 en sentido directo que va hacia el diodo base – emisor de T2 y que circula mientras la tensión de base de T2 sea superior a la que este tiene en su emisor.
De estas dos corrientes, la primera es de valor máximo cuando A toma el valor de 0V y se hace de valor nulo en el momento que A toma el valor de 5V. La segunda alcanza el máximo valor cuando A llega a 5V y el mínimo cuando A llega a 0V. El diodo D1 se coloca para proteger al transistor T1 en aquellos casos en que la entrada A tendiese a tomar un valor negativo con respecto a GND.
En resumen el funcionamiento es:
§ Para A = L (nivel BAJO); Y = H (nivel ALTO).
Diodo base – emisor de T1 conduce
Diodo base – colector de T1 no conduce.
Transistor T2 cortado.
Transistor T3 saturación.
Transistor T4 cortado.
§ Para A = H (nivel ALTO); Y = L (nivel BAJO).
Diodo base – emisor de T1 conduce ligeramente.
Diodo base – colector de T1 conduce al máximo.
Transistor T2 conduce a saturación.
Transistor T3 cortado.
Transistor T4 conduce a saturación.
6.2.1.3.- Función O.
Esta función puede tener varias entradas, en el caso de la figura tiene dos entradas A y B.
El funcionamiento sería:
§ Cuando A = L, B = L (ambas entradas en nivel Bajo)
T1 está en corte.
T2 está en corte.
T3 está en conducción.
Luego la salida Y = L es una salida de nivel bajo.
§ Cuando A = L ( entrada A BAJA) , B = H (entrada B ALTA) .
T1 está en corte.
T2 está en conducción.
T3 está en corte.
Luego la salida Y = H es una salida de nivel alto.
§ Cuando A =H (entrada A ALTA); B = L (entrada B BAJA) .
T1 está en conducción.
T2 está en corte.
T3 está en corte.
Luego Y = H es una salida en nivel ALTO.
§ Cuando A = K ; B = H (ambas entradas en nivel ALTO).
T1 está en conducción.
T2 está en conducción.
T3 permanece en corte.
Luego Y = H es una salida en nivel ALTO.
6.2.1.4.- Función lógica NOR con tecnología RTL.
La puerta lógica NOR realiza la función de suma negada. El valor de la salida será el contrario de la suma de los valores de entrada. Es decir si la suma de los valores de entrada representa un nivel alto, la salida tendrá un nivel bajo y viceversa.
Veamos como funciona el circuito de la figura. Los puntos a, b, c, son las entradas del circuito. Si al aplicarte tensión a cada una de las entradas, ninguna es capaz de polarizar la base, el transistor estará en corte, por tanto IC»0 y VCE = VC lo que significa que la tensión de salida estará en el nivel alto, mientras que la tensión de entrada en el bajo.
Si cualquiera de las entradas (o las tres a la vez) es capaz de polarizar la base, VCE »0 , por tanto VC =VRl. El transistor estará en saturación y la tensión de salida tendrá un nivel bajo, luego la entrada tendría nivel alto y la salida bajo.
Similar planteamiento podríamos hacer para el circuito de la siguiente figura.
6.2.1.5.- Función lógica AND (Y).
Realiza la función multiplicadora de los valores de entrada. El funcionamiento teniendo en cuenta el circuito de la figura es el siguiente:
§ Cuando A = L y B = L (ambas entradas en valor bajo)
No conducen: T1, T2, D1, D2, y T5 .
Sí conducen: T3, T4 y T6.
Resultado Y = L (salida en nivel BAJO)
§ Cuando A = L y B = H (una entrada BAJA y otra ALTA).
No conducen: D1, T1, T4, y T5.
Sí conducen: D2, T2, T3 y T6.
Resultado T = L (salida en nivel BAJO).
§ Cuando A = H y B = L (una entrada ALTA y otra BAJA).
No conducen: D2, T2, T1, y T5.
Sí conducen: D1, T1, T4, y T6.
Resultado Y = L (salida en nivel BAJO).
§ Cuando A = H y B = H (ambas entradas en nivel ALTO).
No conducen: T3, T4 y T6.
Sí conducen: D1, D2, T1, T2 y T5.
Resultado Y = H (salida nivel ALTO).
6.2.1.6.- Puerta lógica NAND con tecnología DTL.
La puerta NAND realiza la función multiplicadora negada. Está formada por dos puertas, la puerta AND (D1, D2, D3 y R 1) y la puerta inversora (D4, D5, R3, R2, T ).
Su funcionamiento seria:
Cuando cualquiera de las entradas a, b, c, la conectamos a un nivel bajo 0V, el o los diodos quedan polarizados directamente, con lo cual la tensión en N sería 0V, el transistor estaría cortado y la salida S tendría un nivel alto. Para que la salida S tenga nivel bajo, es preciso que todas las entradas a la vez tengan nivel alto. Teniendo a, b y c nivel alto, 5V, los diodos tendrían polarización inversa, con lo que estarían cortados, esto permitiría que por R1 circulase corriente y N tuviese la tensión suficiente como para polarizar la base del transistor, que estaría en saturación, con lo que la salida S tendría nivel bajo.
6.2.1.7.- Puerta lógica NAND con tecnología TTL.
La puerta Y de entrada (lógica positiva) está constituida por la resistencia R1 y un transistor multiemisor T1 simétrico que realiza la misma misión que los diodos D1 a D4 de la figura anterior. A continuación de esta etapa existe un transistor en montaje divisor de fase formado por las resistencias R2 y R3 y el transistor T2.
Finalmente está la etapa de salida constituida por el transistor T4 y su carga, formada por la resistencia R4, el transistor T3 y el diodo D1.
El funcionamiento es el siguiente:
Si cualquiera de los emisores del transistor T1 se conecta a una tensión máxima de 0,8V (tensión máxima de VCE del transistor de salida T4 de una puerta cuando está saturado), se produce una corriente a través de R1 y la unión base – emisor correspondiente.
En estas condiciones el transistor T2 está cortado y en consecuencia lo está también el transistor T4, simultáneamente el transistor T3 recibe una corriente de base a través de R2, D1 y la carga conectada a la salida S que normalmente será una o más puertas de tecnología TTL o bien una resistencia a masa.
Cuando todos los emisores del transistor T1 se conectan a una tensión superior a 2V, se produce la conducción de la unión base – colector de este transistor y, en consecuencia, la saturación del transistor T2 y el transistor T4.
En estas condiciones la tensión en el colector de T2 es insuficiente para hacer conducir a la unión base – emisor de T3 debido a la existencia de D1. Por tanto, la resistencia de carga de T4 es de varios megaohmios.
De lo dicho anteriormente la resistencia de carga de T4 no es constante sino que vale aproximadamente 130W cuando está en corte y varios megaohmios cuando está en saturación.
De lo dicho se deduce que los transistores T3 y T4 no conducen simultáneamente. Cuando el T2 cambia del estado de corte al de conducción, el transistor T4 conduce antes de que deje de hacerlo el T3 y se produce un pico de corriente de duración muy pequeña. Por el contrario, cuando T2 pasa de saturación al corte, no se produce dicho pico de corriente debido a que T4 se bloquea con rapidez, por evacuarse su carga de base a través de R3, y T3 no conduce hasta que la tensión de su base haya llegado al valor necesario, para lo cual ha de cargarse su capacidad de difusión correspondiente.
6.2.2.- Circuitos lógicos con transistores MOS.
La necesidad de hacer circuitos integrados digitales más complejos, a fin de aumentar la fiabilidad y la inmunidad al ruido y reducir el tamaño de los sistemas digitales, motivó la utilización de transistores de efecto campo MOS.
El transistor MOS puede ser utilizado en conmutación haciéndolo trabajar entre dos puntos diferenciados de su curva característica ID – VD de forma similar a la del transistor bipolar.
Las tecnologías digitales MOS son tres:
– Circuitos integrados MOS estáticos.
– Circuitos integrados MOS dinámicos.
– Circuitos integrados CMOS
6.2.2.1.- Inversor MOS estático.
En los circuitos integrados MOS estáticos, la puerta de los transistores se conecta a una tensión fija.
En el circuito de la siguiente figura, haciendo variar la tensión de la puerta (graduador) del transistor entre dos valores –VG1, y –VG2., el punto de trabajo del transistor cambia de A a B y la tensión de salida lo hace entre los niveles VD1 y VD2. Asignando a las dos tensiones de entrada y salida los dos valores cero y uno lógicos se comprueba que el circuito de la figura es un inversor.
El circuito de la siguiente figura es otro inversor donde la resistencia RL se ha sustituido por otro transistor MOS que actúa como carga. La impedancia de este transistor que actúa como carga es 20 veces superior a la del que actúa como conmutador a fin de que la tensión de salida sea prácticamente nula cuando este conduzca. Al estar enriquecido el transistor T2, es preciso polarizar su puerta con una tensión mayor que VDD, para garantizar que T2 se encuentra en saturación cuando T1 esté cortado.
6.2.2.2.- Funciones NAND y NOR con tecnología MOS estática.
Combinando diversos circuitos conmutadores se pueden realizar puertas NAND y NOR en lógica positiva.
6.2.2.3.- Circuitos lógicos con tecnología MOS dinámicos.
La diferencia entre los circuitos MOS estáticos y los dinámicos reside el que a la puerta de los transistores que actúan como carga, se le aplica una tensión cuadrada que conmuta entre dos niveles de tensión que hacen variar la impedancia de la carga entre un valor muy elevado de varios megaohmios y el valor nominal (20 veces superior al del transistor conmutador en estado de conducción). Para que no exista pérdida de información y la salida permanezca constante e igual al inverso de la señal de entrada cuando ésta se polariza al nivel de masa, es necesario que la tensión correspondiente se almacene en un condensador.
Puertas lógicas en MOS dinámico.
Esquema de un inversor MOS dinámico.
7.- Conclusión.
Sin lugar a dudas en electrónica de pequeña señal el transistor es el conmutador ideal, en su modelo elemental recordemos que el transistor no es mas que una fuente de corriente controlada por corriente, este principio lo hace muy útil en aplicaciones de conmutación, en tratamiento de impulsos en radar, televisión, telemetría, comunicaciones, etc. Realmente no es un conmutador perfecto debido principalmente a la resistencia que presenta entre sus terminales y al tiempo que necesita para realizar la conmutación. Los módulos funcionales para los que se usan transistores en conmutación son los generadores, amplificadores, inversores, divisores de frecuencia, conformadores de onda, circuitos de disparo y de bloqueo y otras muchas funciones. Por último destacar la importancia y papel relevante que tomo el transistor en el desarrollo de la lógica digital, siendo esta aplicación una de las más importantes.