Cómo utilizar el multimetro en el análisis de circuitos transistorizados? La posibilidad de emplear transistores con diversos tipos de polarización, que llevan diferentes tensiones en sus electrodos puede ocasionar algunas confusiones en la interpretación de su estado. Este articulo indica cómo saber exactamente qué se debe medir en cada caso, usando su multimetro como instrumento eficiente para la localización de problemas.
La configuración más común para transistores usados como amplificadores es la de emisor común, como se muestra en la figura 1.
En esta configuración las variaciones de la señal aplicada a la base son traducidas por variaciones de la corriente del colector, la cual, a su vez, en vista del resistor de carga RL, se traduce en variaciones de la tensión de colector (VC).
Conforme a la manera en que el transistor es polarizado en esta configuración, la amplificación de la señal puede ocurrir de modos diferentes, y en consecuencia la tensión que medimos en el colector también varía.
Así , teniendo en cuenta las diversas posibilidades de polarización, trazamos las curvas que se .ven en la figura 2.
En estas curvas tenemos la característica de transferencia de un transistor dada por lo en función de VBEO sea, de la corriente de colector en función de la tensión base-emisor que corresponde al punto de reposo del transistor en la polarización correspondiente.
Tenemos entonces cuatro posibilidades de polarización:
La primera es la correspondiente a la clase C, en la que el transistor es polarizado de modo de tener una corriente de reposo de colector lo prácticamente nula (figura 3).
En estas condiciones, el transistor se encuentra en corte, con una resistencia muy alta entre el colector y la base, de modo que la tensión de colector en reposo es casi del mismo orden que la tensión de alimentación de la etapa, o sea + Vcc.
La tensión de base en estas condiciones es prácticamente nula en ausencia de señal.
Las mediciones con el multimetro en una etapa típica de esta clase se muestra en la figura 4.
Con la presencia de señal, comienza la conducción solamente cuando su tensión de pico supera los 0,6V típicos para vencer la barrera de potencial de la unión base-emisor, y con la conducción aparece la corriente del colector.
Eso quiere decir que para una señal senoidal de entrada, solamente parte del pico positivo consigue excitar al transistor, llevándolo a la amplificación.
Solamente en los instantes en que los picos de la senoide superan los 0,6V, tendremos corriente de colector, y que, por lo tanto, la tensión en este electrodo caerá en vista de la existencia del resistor de carga RL.
Fíjese el lector que la forma de onda de salida para una entrada senoidal corresponde apenas a un pico de un hemiciclo, lo que significa una fuerte distorsión.
Este tipo de polarización es pues usada solamente en las aplicaciones en que esta distorsión no compromete el funcionamiento del circuito. Un ejemplo sería una etapa de salida de transmisor, como muestra la figura 5.
En las condiciones normales, o sea, sin ausencia de señal, el lector debe entonces tener en cuenta que:
Tensión de colector : mismo orden que la de alimentación.
Tensión de base y de emisor = 0V (aproximadamente).
La segunda posibilidad de polarización es la llamada Clase B.
En este caso, el transistor tiene en reposo una pequeña corriente de colector, de modo que para haber conducción en el sentido directo con la aplicación de señal, no precisamos más de los 0,6V.
La tensión de base es mantenida entorno de los 0,6V de modo que, con la aplicación de la señal, se obtiene un aumento inmediato de la corriente de base con la consiguiente entrada en acción del transistor como amplificador.
Está claro que, según podemos ver por las curvas de la figura 1, las variaciones negativas no son amplificadas, lo que significa que solamente el hemiciclo positivo de la señal excita el transistor.
En tanto, obtenemos una amplificación mayor en el sentido de que una parte mayor del hemiciclo positivo “pasa”.
En la figura 6 tenemos el circuito típico que obtenemos en este caso.
Analizándolo con el multimetro vemos que en este caso el transistor ya no se comporta en reposo como una resistencia infinita, si bien no se encuentra tampoco saturado.
La tensión en su colector será un poco menor que la de la alimentación (+ Vcc), y la tensión de base estará alrededor de 0,6V.
Tenemos entonces:
Tensión de colector = poco menor que la tensión de alimentación;
Tensión de base : alrededor de 0,6 voltios (transistores de silicio);
Tensión de emisor = CV (para emisor a tierra);
El tercer tipo de polarización es la correspondiente a la clase AB mostrada también en el gráfico.
En la clase AB el transistor es polarizado un poco por debajo del centro de la recta de carga, según muestra la figura 7.
En estas condiciones la tensión del colector queda aproximadamente alrededor de 2/3 de la tensión de alimentación, lo que corresponde a un estado casi intermedio entre el corte y la saturación (figura 8).
Circula por lo tanto una corriente de base de pequeña intensidad que variará según la intensidad de la señal de entrada.
Suponiendo que la señal de entrada sea una senoide, vemos que, estando el transistor ya en estado de polarización para conducir, las variaciones de tensión son reconocidas en el sentido positivo como en el negativo.
Lo que ocurre entonces es que tenemos una variación de la corriente de colector en todo el hemiciclo positivo“ y también en parte del hemiciclo negativo.
Solamente es cortado el pico del hemiciclo negativo, pues en este punto la tensión de base cae por debajo de 0,6 voltios.
Está claro que tendremos una deformación de la señal, pero la amplificación será mayor.
Usando el multimetro para medir una etapa de este tipo, en reposo, constataremos las siguientes tensiones:
Tensión de colector entre 3/5 y 2/3 de la tensión de alimentación.
Tensión de base alrededor de 0,6 voltios.
Tensión de emisor en 0 V si éste estuviera conectado a tierra.
Finalmente tenemos la polarización en Clase A que es típicamente la mostrada en la figura 9.
En este tipo de polarización el transistor es llevado a funcionar en el centro de la recta de carga de modo que tanto las variaciones positivas como las negativas de la señal de entrada son amplificadas.
Eso significa que en condiciones de reposo (ausencia de señal) la tensión del colector es aproximadamente igual a la mitad de la tensión de alimentación, y la tensión de base es de alrededor de 0,6 V.
La corriente de base es la que determina la corriente de reposo del colector que lleva al transistor a comportarse como un resistor de valor igual al del resistor de carga RL. Se forma por lo tanto un divisor de tensión como muestra la figura 10.
En este tipo de polarización, tanto las variaciones positivas como las negativas de la señal de entrada provocan variaciones de la corriente del colector, obteniéndose en la salida una variación de tensión que corresponde a todo el ciclo de la señal sin distorsión.
Está claro que si la amplitud de la señal de entrada supera cierto valor ocurre la saturación, con la deformación del hemiciclo correspondiente.
Usando el multimetro para analizar una etapa de este tipo constatamos que:
La tensión de colector en reposo es aproximadamente la mitad de la tensión de alimentación;
La tensión de base es de aproximadamente 0,6V circulando una corriente de cierta intensidad, de acuerdo con la ganancia (“gain”) de la etapa y las características del transistor;
La tensión de emisor es de CV si éste estuviera a tierra.
Observamos que si los emisores de los transistores no estuvieran a tierra, como muestra la figura 11, las tensiones de base pasan a ser referidas en relación al punto X (figura 11).
Sumamos entonces el valor medido en X a los valores que explicamos en los casos anteriores.
Conclusión
No basta conectar el multimetro a un circuito, y medir la tensión para llegar a una conclusión cualquiera sobre su estado. Es preciso saber qué vamos a encontrar y, conforme hemos explicado, esto puede variar. Una lectura que en un caso puede indicar un problema, en otro puede ser perfectamente normal.
Una lectura de 0V en la base de un transistor en clase C es normal, no ocurriendo lo mismo en uno que opera en clase A o AB.