Transistores

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  • 1. LOS TRANSISTORES INGENIERÍA DE SISTEMAS E INFORMÁTICA IV CICLO CURSO : FÍSICA ELECTRÓNICA ALUMNO: Richard ARMAS CASTAÑEDA
  • 2. Transistores de Unión Bipolar  El transistor de unión bipolar (del ingles Bipolar Junction Transistor, o sus siglas BJT) es un dispositivo electrónico de estado solido consiste en dos uniones PN muy cercanas entre si, que permite controlar el paso de la corriente a través de sus terminales.  Los transistores bipolares se usan generalmente en electrónica analógica. También en algunas aplicaciones de electrónica digital como tecnología TTL o BICMOS.
  • 3. Transistores de Unión Bipolar  Un transistor de unión bipolar esta formado por dos Uniones PN en un solo cristal semiconductor, separados por un región muy estrecha. De esta forma quedan formadas tres regiones:  Emisor: Que se diferencia de las otras dos por estar fuertemente dopadas, comportándose como un metal.  Base: La intermedia, muy estrecha, que separa el emisor del colector.  Colector: De extensión mucho mayor.
  • 4. Transistores de Unión Bipolar  La técnica de fabricación mas común de un transistor es por la disposición epitaxial.  La función normalmente, es la unión base- emisor esta polarizada directamente, mientras que la base-colector en inversa.  Los portadores de carga emitidos por el emisor atraviesan la base, que por ser muy angosta, hay poca recombinación de portadores, y la mayoría pasa al colector.  El transistor posee tres estados de operación: estado de corte, estado de saturación y estado de actividad.
  • 5. ESTRUCTURA O Transistor NPN. O Dispositivos de dos uniones semiconductoras, formando tres zonas. Transistores que tiene una región P entre 2 regiones N.
  • 6. O Un transistor bipolar cosiste en 3 regiones semiconductoras dopadas. O Región emisor, región de la base, región colector. O Las regiones pueden se de tipo P-N-P o N-P-N según se como corresponda. O La base esta localizada físicamente entre el emisor y colector.
  • 7. O El transistor bipolar de juntura, a diferencia de otros transistores, no es usualmente un dispositivo simétrico, “ esto quiere decir que el intercambio de colector a emisor deja de funcionar de manera activa”. O La falta de simetría es principal a las tasas de dopaje. “ emisor-colector”, emisor + dopaje, colector – ligeramente dopado “esto permite aplicar gran tensión de reversa, colector-base”.
  • 8. O La razón por la que el emisor esta altamente dopado es para una gran ganancia de corriente. O El bajo desempeño de los transistores bipolares laterales (CMOS), son simétricamente diseñados “no hay diferencia entre activo –reversa.” O Cambios de tensión en los terminales base-emisor genera que entre el emisor-colector, “se utiliza para amplificar la tensión”.
  • 9. O Los primeros transistores fueron fabricados de germanio, y los actuales están fabricados silicio.
  • 10. Transistor NPN O NPN, uno de los dos tipos de transistores bipolares. O “N” y “P” portadores de carga mayoritaria en las regiones del transistor. O En la actualidad NPN, son los mas utilizados debido a la movilidad del electro es mayor, “permitiendo + corriente y velocidades de operación”.
  • 11. Circuito NPN Simbología NPN
  • 12. Transistor PNP  “P” y “N” refiriéndose a las cargar mayoritarias dentro de las diferencias del transistor.  Son muy pocos utilizados debido a que NPN brindan un mejor desempeño.  PNP consiste en un capa material semiconductora dopada N entre dos capas de material P  Operación PNP son desde el colector a masa y el emisor al terminal positivo de la fuente.
  • 13. Símbolo PNP Circuito PNP
  • 14. CARACTERISTICAS DE LOS TRANSITORES CARACTERISTICAS DE LOS TRANSITORES
  • 15. Características de transistor bipolar o BJT El transistor es un dispositivo que ha originado una evolución en el campo  electrónico. En  este  tema  se  introducen  las principales características básicas del transistor bipolar y FET y se estudian los modelos básicos de estos  dispositivos y su utilización en el análisis los circuitos de polarización. Polarizar  un transistor es  una  condición  previa  a  muchas  aplicaciones  lineales  y  no-lineales  ya  que  establece  las  corrientes  y  tensiones  en  continua que van a circular por el dispositivo. Símbolos y sentidos de referencia para un transistor bipolar a) NPN y b) PNP.
  • 16. Corrientes en un transistor de unión o BJT Un transistor bipolar de  unión  está  formado  por  dos  uniones  pn  en  contraposición.  Físicamente,  el transistor  está  constituido  por tres regiones semiconductoras -emisor, base y colector- siendo  la  región de base muy delgada (< 1µm). El modo normal de hacer operar a un transistor es en la zona directa.  En  esta  zona,  los  sentidos  de  las corrientes  y tensiones en  los  terminales  del transistor se  muestran  en  la  figura  1.1.a  para  un transistor NPN y en  la figura 1.1.b a un PNP. En ambos  casos  se  verifica que: Ebers y Moll desarrollaron  un  modelo  que  relacionaba  las  corrientes  con  las  tensiones en los terminales del transistor. Este modelo, conocido como modelo de Ebers-Moll,  establece  las  siguientes  ecuaciones  generales  que,  para  un transistor NPN, son: αF = 0.99, αR= 0.66, IES = 10-15 A, ICS = 10-15 A
  • 17. Para un transistor ideal, los anteriores cuatro parámetros están relacionados mediante el teorema de Reciprocidad Zonas de operación de un transistor en la región directa.
  • 18. Zonas de operación de un transistor en la región directa.Unión de emisor Unión de colector Modo de operación Directa Inversa Activa directa Inversa Directa Activa inversa Inversa Inversa Corte Directa Directa Saturación Principales modos de operación de un transistor bipolar
  • 19. Características de transistores JFET Cuando funcionan como amplificador suministran una corriente de salida que es proporcional a la tensión aplicada a la entrada. Características generales: Por el terminal de control no se absorbe corriente. Una señal muy débil puede controlar el componente La tensión de control se emplea para crear un campo eléctrico Existen dos tipos de transistores de efecto de campo los JFET (transistor de efecto de campo de unión) y los MOSFET. Los transistores MOS respecto de los bipolares ocupan menos espacio por lo que su aplicación más frecuente la encontramos en los circuitos integrados. Es un componente de tres terminales que se denominan: Puerta (G, Gate), Fuente (S, Source), y Drenaje (D, Drain). Según su construcción pueden ser de canal P o de canal N. Sus símbolos son los siguientes: Símbolo de un FET de canal N Símbolo de un FET de canal p
  • 20. Los parámetros que definen el funcionamiento de un FET se observan en la siguiente figura: CURVA CARACTERÍSTICA Parámetros de un FET de canal N Parámetros de un FET de canal P La curva característica del FET define con precisión como funciona este dispositivo. En ella distinguimos tres regiones o zonas importantes: Zona lineal.- El FET se comporta como una resistencia cuyo valor depende de la tensión VGS . Zona de saturación.- A diferencia de los transistores bipolares en esta zona, el FET, amplifica y se comporta como una fuente de corriente controlada por la tensión que existe entre Puerta (G) y Fuente o surtidor (S) , VGS . Zona de corte.- La intensidad de Drenador es nula. Como en los transistores bipolares existen tres configuraciones típicas: Surtidor común (SC), Drenador común (DC) y Puerta común (PC). La más utilizada es la de surtidor común que es la equivalente a la de emisor común en los transistores bipolares. Las principales aplicaciones de este tipo de transistores se encuentran en la amplificación de señales débiles.
  • 21. CARACTERÍSTICAS DE SALIDA Al variar la tensión entre drenador y surtidor varia la intensidad de drenador permaneciendo constante la tensión entre puerta y surtidor. En la zona óhmica o lineal se observa como al aumentar la tensión drenador surtidor aumenta la intensidad de drenador. En la zona de saturación el aumento de la tensión entre drenador y surtidor produce una saturación de la corriente de drenador que hace que esta sea constante. Cuando este transistor trabaja como amplificador lo hace en esta zona. La zona de corte se caracteriza por tener una intensidad de drenador nula. La zona de ruptura indica la máxima tensión que soportará el transistor entre drenador y surtidor. Es de destacar que cuando la tensión entre puerta y surtidor es cero la intensidad de drenador es máxima.
  • 22. CARACTERÍSTICAS DE TRANSFERENCIA Indican la variación entre la intensidad de drenador en función de la tensión de puerta. HOJAS DE CARACTERÍSTICAS DE LOS FET En las hojas de características de los fabricantes de FETs encontrarás los siguientes parámetros (los más importantes): VGS y VGD .- son las tensiones inversas máximas soportables por la unión PN. IG .- corriente máxima que puede circular por la unión puerta - surtidor cuando se polariza directamente. PD .- potencia total disipable por el componente. IDSS .- Corriente de saturación cuando VGS =0. IGSS .- Corriente que circula por el circuito de puerta cuando la unión puerta - surtidor se encuentra polarizado en sentido inverso.
  • 23. TRANSITOR MOSFET MOSFET son las siglas de Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor. Consiste en un transistor de efecto de campo basado en la estructura MOS. Es el transistor más utilizado en la industria microelectrónica. Prácticamente la totalidad de los circuitos integrados de uso comercial están basados en transistores MOSFET. Un transistor MOSFET consiste en un sustrato de material semiconductor dopado en el que, mediante técnicas de difusión de dopantes, se crean dos islas de tipo opuesto separadas por un área sobre la cual se hace crecer una capa de dieléctrico culminada por una capa de conductor. Los transistores MOSFET se dividen en dos tipos fundamenta les dependiendo de cómo se haya realizado el dopaje: Tipo nMOS: Sustrato de tipo p y difusiones de tipo n. Tipo pMOS: Sustrato de tipo n y difusiones de tipo p. Las áreas de difusión se denominan fuente(source) y drenador(drain), y el conductor entre ellos es la puerta(gate). El transistor MOSFET tiene tres estados de funcionamiento: Estado de corte Cuando la tensión de la puerta es idéntica a la del sustrato, el MOSFET está en estado de no conducción: ninguna corriente fluye entre fuente y drenador. También se llama mosfet a los aislados por juntura de dos componentes.
  • 24. Conducción lineal Curvas característica y de salida de un transistor MOSFET de deplexión canal n. Al polarizarse la puerta con una tensión negativa (nMOS) o positiva (pMOS), se crea una región de deplexión en la región que separa la fuente y el drenador. Si esta tensión crece lo suficiente, aparecerán portadores minoritarios (electrones en pMOS, huecos en nMOS) en la región de deplexión que darán lugar a un canal de conducción. El transistor pasa entonces a estado de conducción, de modo que una diferencia de potencial entre fuente y drenador dará lugar a una corriente. El transistor se comporta como una resistencia controlada por la tensión de puerta. Saturación Cuando la tensión entre drenador y fuente supera cierto límite, el canal de conducción bajo la puerta sufre un estrangulamiento en las cercanías del drenador y desaparece. La corriente entre fuente y drenador no se interrumpe, ya que es debido al campo eléctrico entre ambos, pero se hace independiente de la diferencia de potencial entre ambos terminales. Aplicación
  • 25. Ventajas La principal aplicación de los MOSFET está en los circuitos integrados, p-mos, n-mos y c-mos, debido a varias ventajas sobre los transistores bipolares: Consumo en modo estático muy bajo. Tamaño muy inferior al transistor bipolar (actualmente del orden de media micra). Gran capacidad de integración debido a su reducido tamaño. Funcionamiento por tensión, son controlados por voltaje por lo que tienen una impedencia de entrada muy alta. La intensidad que circula por la puerta es del orden de los nano amperios. Los circuitos digitales realizados con MOSFET no necesitan resistencias, con el ahorro de superficie que conlleva. La velocidad de conmutación es muy alta, siendo del orden de los nanosegundos. Cada vez se encuentran más en aplicaciones en los convertidores de alta frecuencias y baja potencia.
  • 26. TRANSITOR HBT Estos transistores son comúnmente utilizados en amplificadores de potencia avanzados, utilizados en una gran variedad de dispositivos, sobretodo en comunicaciones inalámbricas y dispositivos de alta velocidad para redes de fibra ópticas. “Kopin fue la primera compañía en comenzar la producción masiva de obleas de GaAs para HBT en 1996, y ha liderado la producción de estos dispositivos desde entonces”, mencionó John Fan, Presidente y CEO de Kopin. HBT El transistor bipolar de hetero unión, HBT, es un dispositivo bipolar activo que incorpora una hetero unión entre una amplia brecha de semiconductor y una brecha estrecha. El HBT tiene como principales características un alto rendimiento en frecuencia, alta eficiencia y buena linearidad de la señal. Los HBT están diseñados para utilizarse en dispositivos de potencia o de alta frecuencia, debido a sus características que incluyen soporte altos voltajes de ruptura, altas densidades de corriente y una buena uniformidad en el voltaje umbral. La compañía provee obleas de HBT de 4 y 6 pulgadas, para clientes que utilizan estos transistores en una gran variedad de aplicaciones, principalmente en telefonía celular y redes LAN inalámbricas. Existen dos tipos de HBT: SHBT (Single Heterojunction Bipolar Transistor), el cual tiene una sola heterounión, en donde el emisor es la brecha de semiconductor amplia, lo que permite un alto dopado de la base, reduciendo así la resistencia de la base, mientras que el emisor está dopado de una forma más ligera, reduciendo la capacitancia y mejorando el rendimiento en frecuencia. DHBT (Double Heterojunction Bipolar Transistor), el cual tiene las mismas ventajas que el SHBT, con mejoras adicionales en el voltaje de ruptura y un decrecimiento en la inyección de portadores minoritarios de la base al colector, cuando el dispositivo se encuentra saturado.
  • 27. TRANSITOR HEMT El HEMT (High Electron Mobility Transistor) es un transistor de efecto de campo basado en hetero estructuras. Antes de entrar en mayor detalle a estudiar el HEMT, vamos a ver una síntesis de los transistores FET (transistores de efecto de campo). HEMT es un transistor basado en hetero estructuras. La creación de hetero estructuras se lleva a cabo con capas delgadas epitaxiales de diferentes materiales con distintos saltos de banda prohibida (gap-band), con el fin de explotar al máximo la movilidad que presenta el GaAs. Los materiales usados son compuestos como el GaAs, AlGaAs, InGaAs o InP obtenidos a partir de la combinación de elementos de los grupos III y IV del sistema periódico. Gracias al desarrollo de las técnicas que han hecho posible la fabricación de las hetero estructuras, han surgido multitud de dispositivos electrónicos y opto electrónicos basados en el diseño de la estructura de bandas electrónicas de los semiconductores. Los transistores bipolares de hetero unión HBT, los diodos de emisión de luz LED’s, los diodos láser, los fotodiodos de interbanda, los fotodiodos de infrarrojo basados en pozos cuánticos QWIP, los láseres de cascada cuántica, etc. Todos estos ejemplos, junto al transistor de alta movilidad electrónica HEMT (objeto de nuestro estudio), son distintos dispositivos basados en el control de la estructura de bandas mediante la fabricación de sistemas hetero epitaxiales. Como en otros FETs, en los HEMTs hay tres contactos metálicos (drenador, fuente y puerta) sobre la superficie de una estructura semiconductora. Los contactos de drenador y fuente son óhmicos, mientras que la puerta es un contacto de barrera Schottky. En la Figura se muestra una estructura de capas típica de un HEMT.
  • 28. Estos transistores HEMT’s y los HEMT pseudomórficos (p-HEMT’s) están sustituyendo rápidamente a la tecnología MESFET convencional, en muchas aplicaciones que requieren bajo nivel de ruido y alta ganancia. Tanto los HEMT como p-HEMT son transistores de efecto de campo, por lo que sus principios de funcionamiento son muy parecidos a los del MESFET. La principal diferencia está, como hemos visto, en la estructura de capas. En las tablas siguientes vemos las estructuras epitaxiales típicas de los transistores MESFET, HEMT y p-HETM: Como hemos dicho, el empleo de estas hetero estructuras permite dotar a los transistores de una alta movilidad electrónica. Debido al mayor salto de banda prohibida del AlAsGa comparado con las regiones adyacentes de AsGa, los electrones libres se difunden desde el AlAsGa en el AsGa y se forma un gas electrónico bidimensional en la hetero interfaz (2-DEG; Two Dimensional Electrón Gas). Una barrera de potencial confina los electrones en una lámina muy estrecha. Vemos en la siguiente figura el diagrama de bandas de energía de un HEMT de AlGaAs-GaAs genérico. Esta es la Hetero unión de mayor interés.
  • 29. Las propiedades de transporte de esta capa 2-DEG son superiores a las de un MESFET, puesto que la ausencia de donadores ionizados en el canal reduce la dispersión, aumentando así la movilidad. Así conseguimos lo que no podíamos con la tecnología MESFET [6]. En realidad, no estamos trabajando con un HEMT convencional, sino con un pHEMT (pseudomórfico), debido a la presencia de InGaAs en la zona central de la hetero unión, que mejora el comportamiento en cuanto al transporte de electrones y al confinamiento de los portadores en el canal. En la Figura 2.7 vemos la estructura de un dispositivo p-HEMT correspondiente a la tecnología ED02AH, que es la tecnología que nos interesa, y de la que ya hablaremos más adelante. FOTO TRANSITORES Los fototransistores no son muy diferentes de un transistor normal, es decir, están compuestos por el mismo material semiconductor, tienen dos junturas y las mismas tres conexiones externas: colector, base y emisor. Por supuesto, siendo un elemento sensible a la luz, la primera diferencia evidente es en su cápsula, que posee una ventana o es totalmente transparente, para dejar que la luz ingrese hasta las junturas de la pastilla semiconductora y produzca el efecto fotoeléctrico. Teniendo las mismas características de un transistor normal, es posible regular su corriente de colector por medio de la corriente de base. Y también, dentro de sus características de elemento opto electrónico, el fototransistor conduce más o menos corriente de colector cuando incide más o menos luz sobre sus junturas.
  • 30. Los dos modos de regulación de la corriente de colector se pueden utilizar en forma simultánea. Si bien es común que la conexión de base de los fototransistores no se utilice, e incluso que no se la conecte o ni siquiera venga de fábrica, a veces se aplica a ella una corriente que estabiliza el funcionamiento del transistor dentro de cierta gama deseada, o lo hace un poco más sensible cuando se debe detectar una luz muy débil. Esta corriente de estabilización (llamada bias, en inglés) cumple con las mismas reglas de cualquier transistor, es decir, tendrá una relación de amplificación determinada por la ganancia típica de corriente, o hfe. A esta corriente prefijada se le suman las variaciones producidas por los cambios en la luz que incide sobre el fototransistor. Los fototransistores, al igual que los fotodiodos, tienen un tiempo de respuesta muy corto, es decir que pueden responder a variaciones muy rápidas en la luz. Debido a que existe un factor de amplificación de por medio, el fototransistor entrega variaciones mucho mayores de corriente eléctrica en respuesta a las variaciones en la intensidad de la luz. Los fototransistores combinan en un mismo dispositivo la detección de luz y la ganancia. Su construcción es similar a la de los transistores convencionales, excepto que la superficie superior se expone a la luz a través de una ventana o lente. Los fotones incidentes generan pares electrón-hueco en la proximidad de la gran unión CB. Las tensiones de polarización inversa de la unión CB, llevan los huecos a la superficie de la base y los electrones al colector. La unión BE polarizada directamente, hace que los huecos circulen de base a emisor mientras que los electrones fluyen del emisor a la base. En este punto la acción convencional del transistor se lleva a cabo con los electrones inyectados del emisor cruzando la pequeña región de la base y alcanzando el colector que es más positivo. Este flujo de electrones constituye una corriente de colector inducida por la luz. Los pares electrón-hueco foto inducidos contribuyen a la corriente de base y si el fototransistor se conecta en configuración de emisor común, la corriente de base inducida por la luz, aparece como corriente de colector multiplicada por β ó hfe.
  • 31. •MOSFET - Wikipedia, la enciclopedia libre es.wikipedia.org/wiki/MOSFET Curvas característica y de salida de un transistor MOSFET de acumulación canal n. Curvas característica y de salida de un transistor MOSFET de deplexión ... Historia - Funcionamiento - Aplicaciones - Enlaces externos •Transistor de efecto campo - Wikipedia, la enciclopedia libre es.wikipedia.org/wiki/Transistor_de_efecto_campo El transistor de efecto campo (Field-Effect Transistor o FET, en inglés) es ... •Transistor - Wikipedia, la enciclopedia libre es.wikipedia.org/wiki/Transistor 1 Historia; 2 Tipos de transistor. 2.1 Transistor de contacto puntual; 2.2 Transistor de unión bipolar; 2.3 Transistor de unión unipolar o de efecto de campo; 2.4 ... Historia - Tipos de transistor - Transistores y electrónica de ... •Tipos de transistores www.sc.ehu.es/sbweb/electronica/elec_basica/tema6/.../Pagina6.htm Se le llama transistor de potencia al transistor que tiene una intensidad grande (IC grande), lo que corresponde a una potencia mayor de 0,5 W. En este tipo de ... SoloMantenimiento. Tipos de Transistores Electrónicos www.solomantenimiento.com/m_transistores.htm El transistor es un dispositivo semiconductor de tres capas que consiste de dos capas de material tipo n y una capa tipo p, o bien, de dos capas de material tipo ... •INNOVACIÓN ELECTRÓNICA: TIPOS DE TRANSISTORES mundoelectronics.blogspot.com/2009/10/tipos-de-transistores.html 29 Oct 2009 – Fue el primer transistor que obtuvo ganancia, inventado en 1947 por J. Bardeen y W. Brattain. Consta de una base de germanio sobre la que ... Fuente de Información:
  • 32. •¿tipos de transistores? - Yahoo! Respuestas espanol.answers.yahoo.com/question/index?qid... - Estados Unidos 2 respuestas - 24 Feb 2009 Mejor respuesta: El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término "transistor" es la ... •Transistor de unión bipolar - Wikipedia, la enciclopedia libre es.wikipedia.org/wiki/Transistor_de_unión_bipolar Característica idealizada de un transistor bipolar. En una configuración normal, la unión emisor-base se polariza en directa y la unión base-colector en inversa. ... •Transistor - Wikipedia, la enciclopedia libre es.wikipedia.org/wiki/Transistor Ir a El transistor bipolar frente a la válvula termoiónica: Las válvulas tienencaracterísticas eléctricas ... Cuando el transistor ... Mostrar más resultados de wikipedia.org