Analogica - BJT

Transistor BJT

Electrónica Analógica

Cuadro de tipos de transistores

BIPOLARES

NPN

PNP

EFECTO DE

CAMPO

UNIÓN

METAL-OXIDO-

SEMICONDUCTOR

CANAL N (JFET-N)

CANAL P (JFET-P)

CANAL N (MOSFET-N)

CANAL P (MOSFET-P)

TRANSISTORES

* FET : transistor de efecto de campo

* BJT : transistor de unión bipolar

Construcción BJT

BJT están constituidos por tres capas. Están formados por

2 tipos de Silicio, además de que son elementos

amplificadores de corriente.

Un diodo surge al unir un material N con uno P, el

transistor surge de una unión de tipo NPN, o bien PNP.

N+ P

N-

C

E B

BJT

La región de la base está ligeramente dopada y es muy

delgada en comparación con las regiones del emisor,

excesivamente dopada, y la del colector, moderadamente

dopada

Polarización BJT

La unión base-emisor (BE) está polarizada en directa y la

unión base-colector (BC) polarizada en inversa. Esta

condición se llama polarización en directa-inversa.

Flujo de electrones en el BJT

Parámetros del BJT

𝛽𝐶𝐷 = 𝐻𝐹𝐸 =𝐼𝐶𝐼𝐵

𝛼𝐶𝐷 =𝐼𝐶𝐼𝐸

𝛽𝐶𝐷 =20 a 200

𝛼𝐶𝐷 =0,95 a0,99

Parámetros del BJT

Modelo en CD de un transistor

El BJT que no está en saturación puede ser considerado

un dispositivo con una corriente en el circuito de entrada

y una fuente de corriente dependiente en el circuito de

salida

Ejercicio

Determine 𝐼𝐶 , 𝐼𝐸 , 𝐼𝐵 , 𝑉𝐵𝐸 , 𝑉𝐶𝐸 , 𝑉𝐶𝐵 Dado 𝛽𝐶𝐷 = 150

Curvas características de Colector

Se puede generar un conjunto de curvas características

del colector que muestren cómo varía la corriente en el

colector, IC, con el voltaje en el colector con respecto al

emisor, VCE, con valores especificados de corriente de

base, IB. VBB como VCC son fuentes de voltaje variable.

Curvas características de Colector

VBB ajustado para producir una corriente de base IB,

VCC=0

Union BE y BC polarizados en directa B=0.7V, C=E=0V

circula corriente por el emisor debido a trayectoria de

baja impedancia

Cuando ambas uniones están polarizadas en directa, el

transistor se encuentra en la región de saturación de su

operación

Saturación es el estado de un BJT en el cual la corriente

en el colector alcanza un máximo independientemente de

la corriente en la base.

Curvas características de Colector

VCC incrementa, VCE incrementa a la medida que IC lo

hace ya que VCE < 0,7V polarización directa

Si VCE>0.7, la unión BC se polariza en inversa, y el

transistor entra a la región lineal o activa de su operación

IC se nivela y permanece esencialmente constante para

un valor dado de IB a medida que VCE continúa

incrementándose

Cuando VCE alcanza un voltaje suficientemente alto, la

unión BC polarizada en inversa entra en la condición de

ruptura, y la corriente de colector se incrementa con

rapidez

Curvas características de Colector

Curvas características de Colector

Se produce una familia de curvas características cuando

IC contra VCE se traza para varios valores de IB

Cuando IB = 0, el transistor se encuentra en la región de

corte, aunque existe un corriente de fuga muy pequeña

en el colector, como se indica.

Corte es el estado de no conducción de un transistor. La

cantidad de corriente de fuga en el colector con IB = 0

está exagerada en la gráfica

Curvas características de Colector

Recta de carga de CD

La recta de carga de cd es trazada sobre una familia de

curvas que conecta el punto de corte y el punto de

saturación. La parte inferior de la recta de carga se

encuentra en el punto de corte ideal donde IC = 0 y VCE

= VCC. La parte superior de la recta de carga se

encuentra en el punto de saturación donde IC = IC(sat) y

VCE = VCE(sat). Entre el punto de saturación y el punto

de corte a lo largo de la recta de carga se encuentra la

región activa de la operación del transistor

Recta de carga de CD

VCE(sat) para un transistor ocurre en alguna parte

debajo de la inflexión de las curvas de colector y

normalmente es de sólo unos cuantos décimos de un

volt.

Amplificador de voltaje

Amplificación es el proceso de incrementar linealmente la

amplitud de una señal eléctrica y es una de las

propiedades importantes de un transistor.

Un BJT presenta una ganancia de corriente (llamada HFE).

Cuando se polariza un BJT en la región activa (o lineal), la

unión BE tiene baja resistencia debido a la polarización en

directa y la unión BC tiene una alta resistencia debido a la

polarización en inversa.

Amplificador de voltaje

Vb=Ie*r’e

VC=Ic*RC

VC=Ie*RC

𝐴𝑉 ≅𝑉𝑐𝑉𝑏

=𝐼𝑒 ∗ 𝑅𝐶𝐼𝑒 ∗ 𝑟

′𝑒=𝑅𝐶𝑟′𝑒

Conmutación

Punto de Operación

Se debe ajustar el punto de operación en cd de modo

que las variaciones de la señal en la terminal de entrada

se amplifiquen y reproduzcan con precisión en la terminal

de salida.

Cuando se polariza un transistor se establece el voltaje

de cd y los valores de corriente. El punto de operación

en cd, IC y VCE tienen valores especificados. El punto de

operación en cd a menudo se conoce como punto Q.

POLARIZACIÓN DE TRANSISTORES

La polarización establece el punto de operación en cd

(punto Q) para la operación lineal apropiada de un

amplificador. Si un amplificador no se polariza con voltajes

de cd correctos a la entrada y salida, puede irse a

saturación o a corte cuando se aplique una señal de

entrada

POLARIZACIÓN DE TRANSISTORES

Puntos de trabajo sobre la recta de carga

Recta de carga en cd

La operación en cd de un circuito con un transistor se

describe gráficamente con una recta de carga en cd. Ésta

es una recta sobre las curvas características desde el

valor de saturación donde IC = IC(sat) sobre el eje y

hasta el valor de corte donde VCE = VCC sobre el eje x.

El circuito externo (VCC y RC) determina la recta de

carga, no el transistor mismo

Ejercicio

Determine el punto Q y trace la recta de carga en cd.

Determine el valor pico máximo de la corriente en la

base para operación lineal. Suponga HFE=200.

POLARIZACIÓN DEL TRANSISTOR

POLARIZACIÓN FIJA: Se puede obtener una variación si a R1 le llega un voltaje Vi diferente de Vcc.

+VCC – IB *RB – VBE=0

VCE = 0

En saturación RB puede conectarse a un voltaje

diferente de VCC en caso de que la

configuración demande un voltaje

diferente

POLARIZACIÓN DEL TRANSISTOR

POLARIZACIÓN FIJA:

+VCC – IB *RB – VBE – IE*RE=0

POLARIZACIÓN DEL TRANSISTOR CON DIVISIÓN DE VOLTAJE:

Req=R1||R2 Vth = Voltaje en R2 aplicando teoría de partidor de tensión

ANALISIS EXACTO ANALISIS APROXIMADO

la condición que definirá si se

puede aplicar el método

aproximado es

Y se aplicará:

VR2= VB

VR2= VB

POLARIZACIÓN DEL TRANSISTOR

CON REALIMENTACIÓN AL COLECTOR:

POLARIZACIÓN DEL TRANSISTOR

Emisor común

POLARIZACIÓN DEL TRANSISTOR

Base común

La configuración en base común se diferencia en que la señal

aplicada está conectada al emisor y la base está en, o un poco

arriba, del potencial de tierra.

Es una configuración bastante popular porque en el dominio de

CA tiene una muy baja impedancia de entrada, una alta impedancia

de salida y una buena ganancia.

POLARIZACIÓN DEL TRANSISTOR

Base común

POLARIZACIÓN DEL TRANSISTOR

POLARIZACIÓN DEL TRANSISTOR

POLARIZACIÓN DEL TRANSISTOR

Ejercicios

ELECTRÓNICA ANALÓGICA 1

Cuando P1 está en la posición 2 IC =

40mA, para cuando VCE = 1/3Vcc

Caso contrario VCE=2/3

• Datos:

• Vcc = 12V

• HFE = 120

Ejercicios

ELECTRÓNICA ANALÓGICA 1

Datos:

G1=8 G2 = 2

HFEQ2=250 HFEQ3=250

IC2=10mA IC3=35mA

VCE =

ELECTRÓNICA ANALÓGICA 1

Datos:

Foco 12V/100W luz intensa

LDR con luz ≈200Ω

LDR sin luz ≈5000Ω

VCC=12V

EJERCICIOS

Ejercicios

ELECTRÓNICA ANALÓGICA 1

Datos:

Foco 12V/100W luz intensa

LDR con luz ≈200Ω

LDR sin luz ≈5000Ω

VCC=12V

CÓMO FUNCIONARÍA?

CUÁL ES LA MEJOR SOLUCIÓN?

Ejercicios

ELECTRÓNICA ANALÓGICA 1

Datos:

Foco 12V/100W luz intensa

LDR con luz ≈200Ω

LDR sin luz ≈5000Ω

VCC=12V

CÓMO FUNCIONARÍA?

CUÁL ES LA MEJOR SOLUCIÓN?

TRANSISTOR DARLINGTON

ELECTRÓNICA ANALÓGICA 1

IB2 = IB1+ IC

IC2 = IB2 * β2

IC2 = (IB1+ IC)* β2

IC2 = (IB1+ IB1* β1)* β2

IC2 = IB1(1+ β1)* β2

IC2 / IB1= (1+ β1)* β2

IC2 / IB1≈ β1* β2

MULTIVIBRADORES

BIESTABLE

AESTABLE

MONOESTABLE

BIESTABLE

También llamado circuito de memoria, en este esquema

uno de los transistores debe empezar cerrado por lo que

se le otorga mayor garantía

Se tiene dos pulsantes, para pasar de estado se hace que

el potencial que existe en BE sea 0V por lo que dejara de

circular corriente de colector y se accionara la otra parte

del circuito

AESTABLE

Es un circuito oscilador que genera una onda cuadrada

que puede ser de frecuencia fija o variable, la forma de

onda cuadrada se consigue en los colectores de los

transistores

El tiempo que se demore los transistores abiertos o

cerrados es otorgado por T=R*C*0.7

La resistencia que carga a los condensadores es la

resistencia de base del transistor que esta en corte

MONOESTABLE

Es la unión de dos circuitos biestable y aestable

Existe un pulsante el cual cuando es activado se cierra el

transistor por el tiempo determinado por T=R*C*0.7, y

regresa a la posición de reposo del circuito

CIRUITO ?

ELECTRÓNICA ANALÓGICA 1

Q1 FUNCIONA ->Q2 NO FUNCIONA

Datos:

G1=8 G2 = 3

G3 = 8

HFE1=200 HFE=200

HFE=200

IC1=15mA IC3=25mA

CIRUITO ?

ELECTRÓNICA ANALÓGICA 1

Q1 FUNCIONA ->Q2 NO FUNCIONA

Datos:

G1=8 G2 = 3

G3 = 8

HFE1=200 HFE=200

HFE=200

IC1=15mA IC3=25mA

satIB

satIBRCVBEVccRB

RBsatIBRCsatIBVcc

VBEVRBVRCVcc

AAGIBsatIB

AmA

HFE

ICIB

mAIC

VccRC

1

112

7.01121

12

600875111

75200

15

1

11

33033.33315

5

11

kkmA

mARB 8.684.6

6.0

6.03307.051

CIRUITO BIESTADO

ELECTRÓNICA ANALÓGICA 1

Q2 FUNCIONA ->Q1 NO FUNCIONA

Datos:

G1=8 G2 = 3

G3 = 8

HFE1=200 HFE=200

HFE=200

IC1=15mA IC3=25mA

mAGIBsatIB

AmA

HFE

ICIB

1333

125200

25

3

33

Si RC1 = RC2, entonces la

corriente que atraviesa a

ambas es de 15mA

CIRUITO BIESTADO

ELECTRÓNICA ANALÓGICA 1

Q2 FUNCIONA ->Q1 NO FUNCIONA Datos:

G1=8 G2 = 3

G3 = 8

HFE1=200 HFE=200

HFE=200

IC1=15mA IC3=25mA

kkRB

kA

ARB

satIB

VsatIBRBsatIBRCVcc

VBEVRBVRCVcc

AAGIBsatIB

AmA

HFE

ICIB

mAmAmAIC

satIBIRCIC

satIBICIRC

mAIRCIC

20145.202

145.20210

2103307.052

2

7.02221

21

210370222

70200

14

2

22

141152

322

322

1521

kkmA

RCsatIB

VBEVccRB 9.397.3330

1

7.052

33

CIRUITO ?

ELECTRÓNICA ANALÓGICA 1

Q2 FUNCIONA ->Q1 NO FUNCIONA Y VICEVERSA

Q1=Q2 G1>G2

CIRUITO ?

ELECTRÓNICA ANALÓGICA 1

Q2 FUNCIONA ->Q1 NO FUNCIONA Y VICEVERSA

Inicia funcionando aquel que por características de

construcción posee mayor β.

Q1=Q2 G1=G2

Gracias por su atención