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Transistor Bipolar

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Transistor Bipolar

  1. 1. Tecnología Electrónica Facultad de Ingeniería, Universidad de Deusto Transistor Bipolar BJT
  2. 2. Tecnología Electrónica Bibliografía  Principios de Electrónica, Albert Paul Malvino, McGraw-Hill.  Capítulo 6: Transistores de unión bipolares
  3. 3. Tecnología Electrónica Estructura de un Transistor  El transistor BJT (Bipolar Junction Transistor) está compuesto por 3 capas o zonas de semiconductores:  La zona central se denomina base, y las laterales emisor y colector. Cada una de las zonas consta de un terminal por donde extraer las corrientes.  Se representan con la inicial del nombre en inglés: E (emitter), B (base) y C (colector).  La zona intermedia puede ser de tipo p (transistor npn) o de tipo n (transistor pnp). n pp E C B p nn E C B
  4. 4. Tecnología Electrónica Estructura de un Transistor (continuación…)  La zona del emisor está fuertemente dopada;  Su misión es ‘emitir’ o inyectar portadores mayoritarios hacia la base (huecos en el caso de un transistor pnp y electrones en el caso del transistor npn).  La base tiene un nivel de dopado muy bajo y es muy estrecha;  Su misión es dejar pasar la mayor parte de portadores inyectados por el emisor hacia el colector.  La zona del colector tiene un dopado intermedio y es la zona más ancha;  Es la encargada de ‘colectar’ o recoger los portadores inyectados por el emisor y que han sido capaces de cruzar la base.
  5. 5. Tecnología Electrónica El Transistor no Polarizado  Al igual que un diodo, los electrones libres de la región n se difundirán a través de la unión y se recombinan con los huecos de la región p.  Se forman dos zonas de deplexión donde la barrera de potencial es de 0,7V para el Silicio (0,3 para el Germanio). base colector + + + + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - - - - - + - + - + - - - emisor + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + - + + + p nn E C B Se puede decir que un transistor está formado por dos diodos en oposición: uno formado por el emisor y la base, y otro por la base y el colector.
  6. 6. Tecnología Electrónica El Transistor Polarizado  Conectando fuentes de tensión externa para polarizar al transistor se crean 3 posibles configuraciones:  Base Común (BC).  Emisor Común (EC).  Colector Común (CC).  En cada una de estas configuraciones, se puede trabajar en 4 zonas diferentes: DE DC Zona de Trabajo Función Directa Inversa Activa Amplificadores Directa Directa Saturación Conmutación Inversa Inversa Corte Conmutación Inversa Directa Activa Inversa Sin utilidad
  7. 7. Tecnología Electrónica El Transistor Polarizado (continuación…)  Análisis del circuito de polarización en base común para la zona activa con un transistor npn. 1. Se analiza la unión entre el emisor y la base. 2. Se analiza la unión entre el colector y la base. 3. Se analizan las dos uniones a la vez. + E + p nn C B IB IE IC IEn ICn Existen pequeñas corrientes en las uniones que se desprecian.
  8. 8. Tecnología Electrónica Corrientes en un Transistor  En las siguientes figuras están representados los sentidos de las tensiones y corrientes para los transistores pnp y npn: IE IB IC Transistor npn IE IB IC Transistor pnp VBE VBC VCE IE IC IB VBE VBC VCE IE IC IB
  9. 9. Tecnología Electrónica Corrientes en un Transistor (continuación…)  La mayor parte del flujo de electrones del emisor llega al colector; por lo que la corriente del colector es prácticamente igual que la corriente del emisor.  La corriente de la base suele ser menor que el 1% de la corriente del colector  se puede despreciar en algunos casos.  El alfa de continua se define como la corriente continua del colector dividida entre la corriente continua del emisor. CECBE IIIII  E C dc I I α 
  10. 10. Tecnología Electrónica Corrientes en un Transistor (continuación…)  La beta de continua de un transistor se define como la relación de la corriente continua del colector y la corriente continua de base.  Se la conoce también como ganancia de corriente.  Derivaciones a partir de las fórmulas anteriores: B C dc I I β  dc C B BdcC I I II     1 1     dc dc dc dc dc dc      
  11. 11. Tecnología Electrónica Parámetros de un Transistor  VCB(INV)  el máximo voltaje que se le puede aplicar a la unión colector-base en inversa.  VEB(INV)  el máximo voltaje que se puede aplicar a la unión emisor-base en inversa.  IC MAX  máxima intensidad que puede circular por el colector.  αdc  ganancia que relaciona IC e IE.  βdc  es la ganancia de corriente entre IC e IB, también conocida como hfe.
  12. 12. Tecnología Electrónica Subíndices Dobles y Simples  En electrónica, se usa notación de doble índice:  Cuando los subíndices son iguales, la tensión representa una fuente de alimentación (VBB o VCC).  Cuando los subíndices son distintos, representan la tensión entre los dos puntos especificados (VBE o VCE).  Los subíndices simples se emplean para designar la tensión de nodo; es decir, la tensión entre el punto especificado por el subíndice y la tierra (VE o VC).  Ejemplo de subíndices dobles y simples: ECCE VVV 
  13. 13. Tecnología Electrónica Funcionamiento del Transistor  Un transistor se encuentra en corte cuando no circula corriente entre sus terminales.  A efectos prácticos, un transistor se encuentra en corte cuando se cumple que IE=0 o IE<0 (cuando el diodo del emisor está polarizado en inversa).  Basta con no polarizar en directa la unión base-emisor; lo que es lo mismo, que VBE=0.  La región activa es la normal de funcionamiento de un transistor; existen corrientes en todas sus terminales.  A efectos prácticos, se considera que el VBE=0,6V y que la corriente en el colector es: BdcC IβI 
  14. 14. Tecnología Electrónica Funcionamiento del Transistor (continuación…)  En la región de saturación las dos uniones se encuentra en directa por lo que se dejan de cumplir las relaciones de activa.  A efectos prácticos, se considera que el VBE=VBEsat=0,8V y VCE=VCEsat=0,2V; y que la corriente en el colector ya no cumple con la función de activa: BdcC II  
  15. 15. Tecnología Electrónica Efecto Early  También conocido como efecto de modulación de anchura de la base, expresa que se pueden producir variaciones en la tensión colector-base, lo que provoca que cambie la anchura efectiva de la base.  Esta variación genera otra variación en la curva del diodo formado por la base y el colector. Base Emisor Colector WB WB VCB IB VBE ∆VCB
  16. 16. Tecnología Electrónica Ruptura de un Transistor  Ruptura por avalancha: si se aplica una tensión inversa muy elevada a cualquiera de las uniones pn se puede generar el efecto avalancha.  La unión base-emisor es especialmente sensible debido a la alta impurificación del emisor.  Ruptura por perforación de base: puede ocurrir que debido a la corriente entre el colector y la base, desaparezca completamente la anchura de la base del transistor.  El transistor se destruye debido a que la corriente que circula entre el emisor y el colector que será muy elevada. Base Emisor Colector WB VCB
  17. 17. Tecnología Electrónica Potencia Disipada por un Transistor  Teniendo en cuenta solo el régimen continuo, la potencia disipada por cualquier dispositivo es:  En el caso del transistor, la potencia disipada viene dada por la corriente del colector multiplicada por la tensión entre el colector y el emisor: IVP  CCE IVP 
  18. 18. Tecnología Electrónica El Transistor en Emisor Común  Se llama de emisor común porque el lado común o la tierra de cada una de las fuentes está conectada al emisor.  La malla de la izquierda es la malla de la base o malla de entrada.  La malla de la derecha es la malla del colector o malla de salida.
  19. 19. Tecnología Electrónica El Transistor en Emisor Común (continuación…)  La fuente de la base polariza en directa el diodo del emisor con RB como limitador de corriente.  ¿Cómo se puede controlar la corriente de base?  En la malla del colector, la fuente VCC polariza en inversa el diodo del colector a través de RC.  ¿Por qué la tensión VCE debe ser positiva? La corriente de base controla la corriente del colector; esto significa que una corriente pequeña (de base) controla una corriente muy grande (de colector).
  20. 20. Tecnología Electrónica Malla de Entrada  Se trata de un diodo polarizado en directa por lo que se pueden aplicar las mismas aproximaciones.  Curva característica de entrada B BEBB B R VV I   IB VBEVBE
  21. 21. Tecnología Electrónica Malla de Entrada (continuación…)  Ejemplo 1:  Calcular la corriente de base en el siguiente circuito (VBE=0,7V).  ¿Cual es la caída de tensión en la resistencia de base?  ¿Cuál es la corriente en el colector si βdc=200? mA,μAI V,V,VV μA K V,V I C RB B 6213200 31702 13 100 702     
  22. 22. Tecnología Electrónica Malla de Salida  Dependiendo de la corriente de la base, tendremos una curva de salida diferente. IC VCE IB=0 IB=10μA IB=20μA IB=30μA IB=40μA IB=50μA CCCCCE RIVV  A partir de un valor de VCE, un nuevo aumento de VCE no puede aumentar la corriente del colector; ¿por qué?
  23. 23. Tecnología Electrónica Malla de Salida (continuación…)  Ejemplo 2:  Calcular la tensión VCE y la potencia disipada por el transistor (VBE=0,7V y βdc=200). mW,mA,V,P V,KmA,VV mA,μAI V,V,VV μA K V,V I D CE C RB B 24196247 4716210 6213200 31702 13 100 702       
  24. 24. Tecnología Electrónica Resumen de las Zonas de Trabajo  Zona de corte: la corriente en el colector es prácticamente 0.  Existe una pequeña corriente inversa en el diodo del colector.  Zona de saturación: VCE toma valores entre 0 y unas decimas de voltios.  El diodo del colector no tiene suficiente tensión positiva como para capturar todo los electrones libres inyectados en la base.  Zona Activa: VCE toma valores superiores a unas decimas de voltios y la corriente del colector no es 0.  El colector recoge todos los electrones libres inyectado por el emisor en la base. IC VCE Zona Activa Zonade Saturación Zona de Corte Zona de ruptura
  25. 25. Tecnología Electrónica 1ª Aproximación  Se toma el diodo emisor como ideal.  En colector actúa como una fuente de corriente que bombea una corriente β·IB.  Curvas de las mallas de entrada y salida: IB VBE IC VCE VBE=0 VCE + + - β·IB -
  26. 26. Tecnología Electrónica 2ª Aproximación  Se toma el diodo emisor en 2ª aproximación  Curvas de las mallas de entrada y salida IC VCE IB VBE VBE VBE=0.7V VCE + + - β·IB -
  27. 27. Tecnología Electrónica 3ª Aproximación  Se tienen en cuenta las resistencias internas.  Curvas de las mallas de entrada y salida: IC VCE IB VBEVBE VBE≈0.7V VCE + + - β·IB -
  28. 28. Tecnología Electrónica Fototransistor  Es un transistor cuya base se polariza con la luz.  Es más sensible que un fotodiodo, detecta un mayor rango de variaciones pero es más lento.  Símbolo electrónico: En ausencia de luz se encuentra en corte; mientras que con máxima luz en saturación
  29. 29. Esta presentación está sujeta a la licencia de Reconocimiento de Creative Commons mediante la cual se permite la copia, la distribución, la comunicación pública y la generación de obras derivadas sin ninguna limitación siempre que se cite al autor y se mantenga el aviso de la licencia. © 2014, Jonathan Ruiz de Garibay Algunos derechos reservados

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