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4. EL TRANSISTOR BJT ING. JUAN INGA ORTEGA ELECTRÓNICA ANALÓGICA I

4. Transistor BJT

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4. EL TRANSISTOR BJT

ELECTRÓNICA ANALÓGICA I

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INTRODUCCIÓNTambién llamados transistores BIPOLARES 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.

La denominación "transistor" fue sugerida por J.R. Pierce, quién dijo: "…y entonces, en aquella época, el transistor fue imaginado para ser el dual del tubo de vacío, así si un tubo de vacío tenía transconductancia, éste debe tener transresistencia, y así llegué a sugerir «transistor»"

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BIPOLARESNPN

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 : Field Effect TransistorING. JUAN INGA ORTEGA

TRANSISTORES

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TRANSISTOR BIPOLAR

N P NColector

(C)

Base(B)

Emisor(E)

En principio un transistor bipolar está formado por dos uniones PN.

Para que sea un transistor y no dos diodos deben de cumplirse dos condiciones.

1.- La zona de Base debe ser muy estrecha (Fundamental para que sea transistor).

2.- El emisor debe de estar muy dopado.

Normalmente, el colector está muy poco dopado y es mucho mayor.

N+P

N-

C

EBASPECTO MAS REAL DE UN TRANSISTOR BIPOLAR

¡¡¡ IMPORTANTE !!!No es un dispositivo simétrico

C E

BSÍMBOLO

Descubiertos por Shockley, Brattain y Barden en 1947 (Laboratorios Bell)

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TRANSISTOR BIPOLARCompuesto ya sea de dos capas de material tipo N y una de tipo P o dos capas de material tipo P y una de tipo N.

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TRANSISTOR BIPOLAREn el transistor PNP sin la polarización base a colector. las similitudes entre esta situación y la del diodo polarizado directamente.El ancho de la región de agotamiento se ha reducido debido a la polarización aplicada, lo que produce un denso flujo de portadores mayoritarios del material tipo P al tipo N.

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TRANSISTOR BIPOLAR NPN (NPN bipolar transistor)

El material tipo N representa el elemento emisor del transistor, que constituye la fuente de electrones.

Para permitir el avance de la corriente a lo largo de la unión NP, el emisor tiene un pequeño voltaje negativo con respecto a la capa tipo P, o componente base, que controla el flujo de electrones.

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TRANSISTOR BIPOLAR NPN (NPN bipolar transistor)

El material tipo N en el circuito de salida sirve como elemento colector y tiene un voltaje positivo alto con respecto a la base, para evitar la inversión del flujo de corriente.

Los electrones que salen del emisor entran en la base, son atraídos hacia el colector cargado positivamente y fluyen a través del circuito de salida. La impedancia de entrada (la resistencia al paso de corriente) entre el emisor y la base es reducida, mientras que la impedancia de salida entre el colector y la base es elevada.

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TRANSISTOR BIPOLAR NPN (NPN bipolar transistor)

Por lo tanto, pequeños cambios en el voltaje de la base provocan grandes cambios en la caída de voltaje a lo largo de la resistencia del colector, convirtiendo a este tipo de transistor en un eficaz amplificador. Sin corriente que circule a través de la base no funciona el transistor BJT

Hay una función de transferencia =

Si

IB

IC

iBiCViVcc 1

iB

iC

En tal caso tenemos un amplificador y a esta ganancia de corriente es conocida como el HFE o ß del transistor, esta es una ganancia de corriente por lo que el transistor es un amplificador de corriente.

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TRANSISTOR BIPOLAR PNP (NPN bipolar transistor)

Similar al tipo NPN en cuanto a su funcionamiento, el transistor de unión PNP dispone también de dos uniones pero cambian las polarizaciones.

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En el caso la base es común a los lados de entrada y salida de la configuración, además es usualmente la terminal más cercana o en un potencial de tierra. La flecha del símbolo gráfico define la dirección de la corriente de emisor (flujo convencional) a través del dispositivo

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CONFIGURACIÓN BASE COMÚN

En Cada caso se da: IE = IC + IB

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También adviértase que la polarización aplicada (fuentes de voltaje) es de modo que se establezca la corriente en la dirección indicada para cada rama. Es decir, compárese la dirección de IE con la polaridad o VEE para cada configuración y la dirección de IC con la polaridad de ICC.

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CONFIGURACIÓN BASE COMÚN

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Se requiere de dos conjuntos de características, uno para los parámetros de entrada o punto de manejo y el otro para el lado de salida. El conjunto de entrada relacionará una corriente de entrada (IE) con un voltaje de entrada (VBE ) para varios niveles de voltaje de salida (VCB)

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CARACTERÍSTICAS DEL PUNTO DE EXCITACIÓN

TRANSISTOR AMPLIFICADOR EN BASE COMÚN.

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El conjunto de características de salida o colector tiene tres regiones básicas de interés: Las regiones Activa, de Corte y de Saturación.La región activa es la región empleada normalmente para amplificadores lineales (sin distorsión).En particular: En la región activa la unión colector-base está inversamente polarizada, mientras que la unión base-emisor se encuentra polarizada en forma directa.

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CARACTERÍSTICAS DE SALIDA, DEL COLECTOR, PARA UN AMPLIFICADOR

DE BASE COMÚN.

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Se denomina configuración de emisor común porque el emisor es común tanto a las terminales de entrada como a las de salida (en este caso, es también común a las terminales de la base y del colector). También se necesitan dos conjuntos de características para describir en forma completa el comportamiento de la configuración de emisor común: una para la entrada o circuito de la base y una para la salida o circuito del colector.

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CONFIGURACIÓN EMISOR COMÚN

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Las corrientes del emisor, colector y la base se muestran en su dirección de corriente convencional real. Aun cuando la configuración del transistor ha cambiado, siguen siendo aplicables las relaciones de corrientes desarrolladas antes para la configuración de base común.

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CONFIGURACIÓN EMISOR COMÚN

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Se requiere de dos conjuntos de características, uno para los parámetros de entrada o punto de manejo y el otro para el lado de salida. El conjunto de entrada relacionará una corriente de entrada (IE) con un voltaje de entrada (VBE ) para varios niveles de voltaje de salida (VCB)

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CARACTERÍSTICAS DE LA BASE DE UNTRANSISTOR BJT EN EMISOR COMÚN.

En la configuración de emisor común las características de la salida serán una gráfica de la corriente de salida (IC) versus el voltaje de salida (VCE) para un rango de valores de la corriente de entrada (IB).

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CARACTERÍSTICAS DEL COLECTOR UN TRANSISTOR BJT EN LA CONFIGURACIÓN

DE EMISOR COMÚN.Curva característica: Existen3 regiones de operación: de corte, activa y de saturación. En la región de corte, el transistor está desactivado o la corriente de base no es suficiente para activarlo teniendo ambas uniones polarización inversa. En la región activa, el transistor actúa como un amplificador donde, donde la corriente del colector queda amplificada mediante una ganancia y el voltaje colector-emisor disminuye con la corriente de la base. La unión colectora base tiene polarización inversa, y la base-emisor polarización directa. En la región de saturación, la corriente de base es lo suficiente alta para que el voltaje colector-emisor sea bajo, y el transistor actúa como un interruptor ambas uniones tiene polarización directa.

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CARACTERÍSTICAS DEL COLECTOR UN TRANSISTOR BJT EN LA CONFIGURACIÓN

DE EMISOR COMÚN.

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CARACTERÍSTICAS DEL COLECTOR UN TRANSISTOR BJT EN LA CONFIGURACIÓN

DE EMISOR COMÚN.

Las curvas de IB no son tan horizontales como las que se obtuvieron para IE en la configuración de base común, lo que indica que el voltaje de colector a emisor afectará la magnitud de la corriente de colector.

En la región activa de un amplificador emisor común la unión colector-base está polarizada inversamente, en tanto que la unión base-emisor está polarizada directamente.

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Esta Configuración se usa principalmente para igualar impedancias pues posee alta impedancia de entrada y una baja a la salida

CONFIGURACIÓN COLECTOR COMÚN

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Para efectos de diseño, no es necesario elegir para un conjunto de características de colector común, los parámetros del circuito.

Pueden diseñarse empleando las características de emisor común. Para todos los propósitos prácticos, las características de salida de la configuración de colector común son las mismas que las de la configuración de emisor común

CONFIGURACIÓN COLECTOR COMÚN

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LÍMITES DE OPERACIÓNAlgunos de los datos se los puede

encontrar por si solos en las hojas de especificaciones, y en caso de que las curvas de trabajo no estén disponibles se deberán verificar los siguientes intervalos

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POLARIZACIÓN DEL TRANSISTOR

Existen varias configuraciones para la polarización del transistor para esto antes se define que:

El análisis o diseño de un amplificador de transistor requiere del conocimiento de la respuesta del sistema, tanto de cd como de ca. El nivel mejorado de potencia de salida de ca es resultado de una transferencia de energía de las fuentes aplicadas de cd.Por lo tanto, el análisis o diseño de cualquier amplificador electrónico tiene dos componentes: la parte de cd y la correspondiente de ca.

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AvalanchaPrimaria

IC

VCEVCEMax

ICMax

PMax = VCEIC

1V

AvalanchaSecundaria

Saturación

IB6

IB5

IB4

IB3

IB2

IB1

IB= 0

Corte

ActivaIB

VBE

VCE = 0 VCE1 VCE2

Característica de Entrada

Característica de Salida

CARACTERÍSTICAS REALES DE LOS TRANSISTOR NPN y PNP

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VCE = 1500IC = 8HFE = 20

TOSHIBA

TRANSISTOR BIPOLARES

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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 = 0En saturación

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POLARIZACIÓN DEL TRANSISTOR

Polarización Fija:+VCC – IB *RB – VBE – IE*RE=0

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POLARIZACIÓN DEL TRANSISTORCon división de voltajeReq=R1||R2 Vth = Voltaje en R2 aplicando teoría de partidor de tensión

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POLARIZACIÓN DEL TRANSISTORCon retro alimentaciónReq=R1||R2 Vth = Voltaje en R2 aplicando teoría de partidor de tensión

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POLARIZACIÓN DEL TRANSISTOR

Emisor común

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POLARIZACIÓN DEL TRANSISTOR

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POLARIZACIÓN DEL TRANSISTOR

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POLARIZACIÓN DEL TRANSISTOR

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USOS DEL TRANSISTOR NPN: Como interruptor

12 V

12 V36 W

3 A

I

12 V

12 V36 W

3 AI

= 100

40 mA

Sustituimos el interruptor principal por un transistor.

La corriente de base debe ser suficiente para asegurar la zona de saturación.

Ventajas:No desgaste, sin chispas, rapidez, permite control desde sistema lógico.

Electrónica de Potencia y Electrónica digital

IB = 40 mA4 A

IC

VCE

3 A

PF (OFF)12 V

PF (ON) ON

OFF

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USOS DEL TRANSISTOR PNP: Como interruptor

12 V

12 V36 W

3 A

I

12 V

12 V36 W

3 AI

= 10040 mA

IB = 40 mA4 A

IC

VEC

3 A

PF (OFF)

Al igual que antes, sustituimos el interruptor principal por un transistor.

La corriente de base (ahora circula al reves) debe ser suficiente para asegurar la zona de saturación.

12 V

PF (ON) ON

OFF

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EjerciciosDatos:Vcc = 12VHFE = 120Cuando P1 está en la posición 2IC = 40mA, para cuando VCE = 1/3VccCaso contrario 2/3

VCE =

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EjerciciosDatos:Vcc = 12VHFE = 150Cuando P1 está en la posición 2IC = 40mA, para cuando VCE = 1/3VccCaso contrario 2/3

VCE =

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EjerciciosDatos:G1=8 G2 = 2HFE1=250 HFE=250IC1=10mAIC3=35mA

VCE =

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Datos:Foco 12V/100W luz intensaLDR con luz ≈200ΩLDR sin luz ≈5000ΩVCC=12V

EJERCICIOS

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EjerciciosDatos:Foco 12V/100W luz intensaLDR con luz ≈200ΩLDR sin luz ≈5000ΩVCC=12V

CÓMO FUNCIONARÍA?CUÁL ES LA MEJOR SOLUCIÓN?

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EjerciciosDatos:Foco 12V/100W luz intensaLDR con luz ≈200ΩLDR sin luz ≈5000ΩVCC=12V

CÓMO FUNCIONARÍA?CUÁL ES LA MEJOR SOLUCIÓN?

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TRANSISTOR DARLINGTON

IB2 = IB1+ ICIC2 = IB2 * β2IC2 = (IB1+ IC)* β2IC2 = (IB1+ IB1* β1)*

β2IC2 = IB1(1+ β1)* β2IC2 / IB1= (1+ β1)*

β2IC2 / IB1≈ β1* β2

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CIRUITO BIESTADOQ1 FUNCIONA ->Q2 NO FUNCIONAPOR TANTO MOTOR APAGADO

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CIRUITO BIESTADOQ1 FUNCIONA ->Q2 NO FUNCIONAPOR TANTO MOTOR APAGADO

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CIRUITO BIESTADOQ2 FUNCIONA ->Q1 NO FUNCIONAPOR TANTO MOTOR ENCENDIDO

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CIRUITO BIESTADOCUANDO EL MOTOR NO FUNCIONA CIRCULA

UNA CORRIENTE DE BASE POR LO TANTO SE REDISEÑA

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CIRCUITOS ESPEJO DE CORRIENTETécnicas clásicas de polarización hacen uso

extensivo de divisores de tensión, condensadores de acoplamiento y bypass.

Este enfoque no es practico en polarización de circuitos integrados.

Porque? Resistencias grandes utilizaran porciones grandes de la superficie del integrado.

Condensadores de acoplamiento y bypass tienen un efecto pasa altos no deseable.

La solución es utilizar una fuente de corriente para polarizar el circuito.

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CIRCUITOS ESPEJO DE CORRIENTE