INTRODUCCINSon dispositivos de estado slido (semiconductores)Tienen tres terminales: Emisor, base y colectorEstn compuestos por dos uniones PN yuxtapuestas que se interrelacionan entre s.Son la base de muchos circuitos de conmutacin y de procesado de seal.Los amplificadores operacionales y otros C.I. pueden contener varias decenas de transistores, cada uno de ellos con misiones diferentes:Implementar fuentes de corriente constanteGenerar tensiones de referenciaAmplificar seales en modo diferencial y reducir la ganancia en modo comnImplementar etapas de salida, etc....

INTRODUCCIN (continuacin)En Electrnica de Potencia pueden funcionar como interruptores de potencia, conmutando corrientes elevadas a elevadas frecuencias y tensiones.En Electrnica digital forman parte de muchos dispositivos lgicos integrados.Se denominan bipolares porque su funcionamiento depende del flujo de dos tipos de portadores de carga: electrones y huecos. Tambin se suelen denominar B.J.T. De las siglas en ingls Bipolar Juntion Transistor

Tipos y modelos del transistor bipolarExisten dos tipos de transistores bipolares segn su estructura:Transistores bipolares NPNTransistores bipolares PNP

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Tipos y modelos del transistor bipolar (cont)NPNPNP

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Tipos y modelos del transistor bipolar (cont)NPNPNPLos sentidos de las flechas del terminal de emisor, y de las corrientes, indican el sentido real de las mismas cuando el transistor est polarizado en la R.A.N o en saturacin.

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Modelo de Ebers-Moll para el transistor bipolar NPNEl modelo muestra al transistor NPN como dos diodos conectados por los nodos, con dos fuentes de corriente dependientes en paralelo con cada uno de los diodos, que modelizan el efecto de las inter-acciones que tienen lugar debido a la configuracin monocristal.Existen dos uniones:La unin base-emisor, cuya corriente la denominamos: iDELa unin base-colector, cuya corriente la denominamos: iDC

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Modelo de Ebers-Moll para el transistor bipolar NPN (Cont)La fuente de corriente dependiente F iDE representa el efecto de la corriente a travs de la unin base-emisor sobre la corriente de colector (efecto Transistor).La fuente de corriente dependiente R iDC representa el efecto de la corriente a travs de la unin base-colector base sobre la corriente de emisor (efecto dual al anterior).El circuito no es simtrico, ya que F tiene unos valores comprendidos entre 0,99 y 0,997 para transistores utilizados en aplicaciones analgicas y digitales., mientras que R es considerablemente menor que 1. Su valor est comprendido entre 0,05 y 0,5.En Electrnica Fsica, se puede demostrar la siguiente relacin, denominada LEY DE RECIPROCIDAD:F IES= R ICS=ISDonde: IES= Corriente inversa de saturacin de la unin base-emisorY ICS= Corriente inversa de saturacin de la unin base-colector.De donde se deduce que

Modelo de Ebers-Moll para el transistor bipolar NPN (Cont)Del modelo de Ebers-Moll y de la Ley de Reciprocidad, se pueden deducir fcilmente las dos ecuaciones no lineales siguientes :Es decir:

Modelo de Ebers-Moll para el transistor bipolar NPN (Cont)Del modelo de Ebers-Moll y de la Ley de Reciprocidad, se pueden deducir fcilmente las dos ecuaciones no lineales siguientes :Es decir:

Modelo de Ebers-Moll para el transistor bipolar NPN (Cont)

Estas dos ecuaciones definen a un primer nivel ,sin efectos secundarios, el modelo del transistor bipolar NPN, y corresponde a un sistema de dos ecuaciones con cuatro incgnitas.La otras dos ecuaciones vendrn impuesta por el circuito exterior, y correspondern a las ecuaciones de polarizacin.

Modelo de Ebers-Moll para el transistor bipolar NPN (Cont)

El conjunto de las ecuaciones de Ebers-Moll, junto con las ecuaciones de polarizacin de continua (impuestas por el circuito de polarizacin exterior, darn lugar al rgimen de corrientes y tensiones que se establezcan en los terminales del dispositivo, denominado punto de operacin del transistor. El modelo de Ebers Moll es un modelo poco manejable, pero vlido en cualquier circunstancia, siempre que no entren e ruptura ninguna de las uniones. Segn como estn polarizadas las uniones, pueden encontrarse modelos basados en el anterior, pero mas sencillos y manejables.

Regiones de Polarizacin de un transistor bipolar

Existen cuatro posibles regiones, segn como estn polarizadas las uniones base- emisor y base-colector

APLICACINREGIN DE POLARIZACINPOLARIZACIN DE LAS UNIONESUNIN BASE-EMISORUNIN BASE-COLECTORFuncionamiento como amplificadorREGIN ACTIVA DIRECTADIRECTA. INVERSA

(No se utiliza)REGIN ACTIVA INVERSAINVERSADIRECTAFunc. como conmutador (off)REGIN DE CORTEINVERSAINVERSAFunc. como conmutador (on)REGIN DE SATURACINDIRECTADIRECTA

Modelos simplificados segn la regin de polarizacin

Regin Activa Normal (R.A. Directa)La unin base-emisor polarizada directamente y la unin base-colector polarizada inversamente.De las ecuaciones de Ebers-Moll se deduce :

Modelos simplificados segn la regin de polarizacin .- R.A.D. (R.A.N.)

Regin Activa Normal (R.A. Directa)Por tanto:y teniendo en cuenta que:iC+iB=iE :

Se deduce que:

Modelo simplificado del BJT en la R.A.N.Por tanto, podemos decir que en la R.A.N. .el transistor bipolar equivale al siguiente circuito:

Modelo simplificado del BJT en la R.A.N.(CONT)Es decir: vBE=VBEQ iC= iBPor tanto el transistor funciona como un amplificador de corriente

Modelo simplificado del BJT en la R.A.N.(CONT)La figura d) representa un BJT NPN, en el lmite de la R.A.N

La figura f) representa la exponencial que relaciona iC con vBE cuya expresin viene dada (pag14) por:

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Modelo simplificado del BJT en la R.A.N.(CONT)En la R.A.N, se verifica que:Esta expresin es muy importante, ya que para transistores idnticos y a la misma temperatura, si tienen la misma tensin base-emisor, tendrn la misma corriente de colector.(Esta propiedad se emplea mucho en C.integrados, para implementar fuentes de corriente constante )

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Modelo simplificado del BJT en la Regin de SaturacinLa unin base-emisor polarizada directamente y la unin base-colector polarizada tambin directamente.

Modelo simplificado del BJT en la Regin de saturacin (Cont)La unin base-emisor polarizada directamente y la unin base-colector polarizada tambin directamente.En el lmite de la regin de saturacin a la R.A.N., vBE vale aproximadamente 0,7 voltios, y vBC= tensin umbral=0,5 voltios, por lo que VCE valdr 0,2 voltios, por eso se modela la tensin VCE como una fuente de tensin constante de 0,2 voltios, aunque puede ser menor.La tensin VBE en saturacin, debido a que la corriente de base suele ser bastante elevada, puede llegar a ser de 0,8 voltios en transistores de baja potencia

Modelo simplificado en la regin de corteLa unin base-emisor polarizada inversamente y la unin base-colector polarizada tambin inversamente.En transistores de Si, a temperaturas no muy elevadas, IB=IC=0

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Modelo simplificado en la regin de corte (Cont)La unin base-emisor polarizada inversamente y la unin base-colector polarizada tambin inversamente.Un modelo de mayor exactitud, de las ecuaciones de Ebers Moll, es no despreciar los trminos en ISUn parmetro que suelen dar los fabricantes es ICB0 , (corriente de circulacin inversa entre colector y base , con el emisor abierto.Se deduce fcilmente que : (Parmetro muy dependiente de la temperatura)

Modelo simplificado en la regin activa inversaLa unin base-emisor polarizada inversamente y la unin base-colector polarizada directamente.

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Modelo simplificado en la regin activa inversa (Cont)

En funcionamiento activo inverso los papeles de emisor y colector se invierten, respecto a la regin activa directa.La corriente de emisor es R iB, donde:El sentido real de las corrientes iE e iC es ahora el contrario del indicado en la figura (b)Como R es mucho menor que F, la ganancia en esta regin es muy pequea, y no tiene ninguna utilidad trabajar en ella.

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Ejemplo de anlisis del P.O. De un transistor

Aplicaciones del transistorPolarizado en la Regin activa directa: Funcionamiento aproximadamente lineal.

Amplificadores de tensin, de corriente ,fuentes de corriente, adaptacin de impedancias, cargas activas...Empleo masivo en circuitos integrados lineales y no linealesPolarizado en corte o en saturacin:

Funcionamiento como conmutador de alta frecuencia y de potencia.Actualmente la utilizacin del transistor bipolar discreto est prcticamente limitada a etapas de salida y como conmutador

Polarizacin del transistor. Ecuaciones de polarizacin. Recta de cargaPara que el transistor funcione en alguna de las regiones, es necesario polarizarlo mediante una red externa de continua.El transistor es un dispositivo de tres terminales.Para definir su estado, o lo que es lo mismo, las corrientes y tensiones existentes en el dispositivo, debemos conocer seis variables:

IB, IC, IE, VBE,VBC, y VCE.

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Polarizacin del transistor. Ecuaciones de polarizacin.(Cont)De las seis variables, IB, IC, IE, VBE,VBC, y VCE, nada mas son independientes 4, ya que por las leyes de Kirchof,IB+IC=IEVBC+VCE=VBETomaremos normalmente las variables IB, IC,VBE y VCE

Por tanto necesitamos cuatro ecuaciones para resolver las corrientes y tensiones en el transistor.Dos ecuaciones nos las proporciona el modelo del dispositivo. Las otras dos ecuaciones nos las proporcionar la red de polarizacin externa

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Polarizacin del transistor. Ecuaciones de polarizacin.(Cont)

La red de polarizacin externa es de continua.Las dos ecuaciones que impone la red de polarizacin en continua se denominan: ECUACIONES DE POLARIZACINEn Rgimen de tensiones y corrientes constantes, en ausencia de seales, el circuito estar compuesto exclusivamente por:Fuentes de tensin continuas y constantes.Fuentes de corriente continuas y constantes.Resistencias

Las capacidades las podremos considerar C.A. Y las autoinducciones C.C.

Ecuaciones de polarizacin.(Cont)Cualquier circuito externo de polarizacin en continua, lo podemos reducir a otro totalmente equivalente compuesto por tres resistencias y dos fuentes de tensin constantes, en una generalizacin del Teorema de Thvenin aplicado a triterminales:VBE=EBE-RBIB-REIEVCE=ECE-RCIC-REIEPero: IB+IC=IEPor tanto:VBE = EBE - (RB+RE) IB - RE ICVCE = ECE - RE IB - (RC+RE) IC

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Ecuaciones de polarizacin.(Cont)Estas son las dos ecuaciones de polarizacin:

[1] VBE = EBE - (RB+RE) IB - RE IC[2] VCE = ECE - RE IB - (RC+RE) IC La ecuacin [1] corresponde a la portada de entradaLa ecuacin [2] corresponde a la portada de salida

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Ecuaciones de polarizacin.(Cont)[1] VBE = EBE - (RB+RE) IB - RE IC[2] VCE = ECE - RE IB - (RC+RE) IC OBSERVACIONES :Las ecuaciones de polarizacin se han desarrollado sin tener en cuenta para nada las caractersticas del dispositivo de tres terminales, y por tanto son aplicables a cualquier elemento de tres terminales, sin mas que cambiar los subndices empleados.En general, B=1, C=2, E=3.Las ecuaciones de polarizacin solo dependen de la red de polarizacin externa

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Ecuaciones de polarizacin.(Cont)[1] VBE = EBE - (RB+RE) IB - RE IC[2] VCE = ECE - RE IB - (RC+RE) IC Las ecuaciones [1] y [2] pueden ponerse en forma matricial:

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Recta de carga esttica[1] VBE = EBE - (RB+RE) IB - RE IC[2] VCE = ECE - RE IB - (RC+RE) ICSi en el circuito de polarizacin normalizado, RE=0, entonces las ecuaciones de polarizacin se reducen a :[2] VBE = EBE - (RB) IB [3] VCE = ECE - (RC) ICEntonces la ecuacin [2] puede representarse en el plano IB-VBE y es la denominada recta esttica de la portada de entrada.Entonces la ecuacin [3] puede representarse en el plano IC-VCE y es la denominada recta esttica de la portada de salida.

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Recta de carga esttica (Cont)La interseccin de la R.E.C. de la entrada, con la caracterstica corriente tensin de la unin base- emisor, es el Punto de operacin del diodo base-emisor. IBQ,ICQLa interseccin de la R.E.C. de la salida, con las curvas caractersticas de salida del transistor, es el Punto de operacin de la portada de salida: ICQ, VCEQ

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Punto de operacin del transistor bipolar en la Regin Activa DirectaSi suponemos que el transistor est en la R.A.D.:vBE=VBEQ=0,7 v. (Si, NPN), y IC= IB, que junto con las ecuaciones de polarizacin, su resolucin, nos dar el P.O.[1] VBEQ = EBE - (RB+RE) IBQ - RE ICQ[2] VCEQ= ECE - RE IBQ - (RC+RE) ICQ

Sustituyendo IBQ por ICQ/, y agrupando trminos:

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Punto de operacin del transistor bipolar en la Regin Activa Directa (Cont)El Punto de operacin, tanto de la portada de entrada como de la portada de salida queda por tanto definido.VBE=VBEQ. (0,6 a 0,7 voltios en transistores bipolares de Si.IC=ICQ, viene dado por la expresin [1]VCE=VCEQ, viene dado por la expresin [2], en funcin de ICQIB=IBQ=ICQ/

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Punto de operacin del transistor bipolar en la Regin Activa Directa (Cont)CONSIDERACIONES IMPORTANTES:El valor de beta es fuertemente dependiente de la temperatura.En transistores discretos tiene una dispersin en su valor muy importante, incluso para transistores del mismo tipo y a igual temperatura.Para las aplicaciones del B.J.T. en la R.A.D., es necesario garantizar la estabilidad del P.O. en lo referente a la portada de salida (ICQ y VCEQ )Es necesario garantizar la estabilidad y reproductibilidad de ICQ y de VCEQ

Punto de operacin del transistor bipolar en la Regin Activa Directa (Cont)Para garantizar un valor de ICQ constante, y que se pueda reproducir y conseguir que no vare, deber hacerse independiente de beta, con una beta mnima lo suficientemente elevada ya que sta es muy variable, y por tanto el diseo de la red de polarizacin deber se tal que cumpla:En el diseo, se puede aplicar la relacin 1/10 1/20, segn el error admisible

Punto de operacin del transistor bipolar en la Regin Activa Directa (Cont)Si garantizamos ICQ constante, VCEQ tambin ser constante, siempre que beta>>1Para garantizar ICQ constante, tambin es necesario que EBE>> VBEQ, ya que as las pequeas variaciones de VBEQ no afectarn de forma importante.

IMPORTANTE: El valor de VCEQ resultante debe ser mayor de 0,2 voltios (Si, NPN), si no, la hiptesis de R.A.D. no es cierta, y habr que realizar el anlisis suponindolo en la Regin de Saturacin

EL TRANSISTOR PNP POLARIZADO EN LA R.A.N.Estructura bsica de un transistor PNP polarizado en la R.A.NEsquema de un transitor PNP polarizado en la R.A.N. (sentido real de las corrientes)Modelo de Ebers-Moll del transistor bipolar PNP (sentido real de las corrientes)

EL TRANSISTOR PNP POLARIZADO EN LA R.A.N. (cont)Tambin se pueden suponer los sentidos de las corrientes igual que en el transistor NPN, y obtener resultados totalmente vlidos, con la salvedad, que las corrientes resultantes en la R.A.N. serin negativas.

EL TRANSISTOR PNP POLARIZADO EN LA R.A.N. (cont)Los transistores PNP pueden polarizarse exactamente igual que los transistores NPN:

R.A.N.VEB> V VBE - V ICQ=F IBQ

R.CORTEVEB< V VBE>- V R.CORTEVCB< V VBC > - V ICQ IBQ 0

REGINVEB> V VBEV VBC < - V VCEQ= -0,2 voltios (Si)

EL TRANSISTOR PNP POLARIZADO EN LA R.A.N. (cont)EJEMPLO:

Para que la unin base-emisor est polarizada directamente, EBE debe ser menor que -0,5 v., prcticamente, menor que -0,7 voltiosPara que el transistor est polarizado en la R.A.N., ECE debe ser negativa.En la R.A.N. , con los sentidos indicados de las corrientes::IB

ANLISIS SIMPLIFICADO DE TRANSITORES: HIPTESIS DE INFINITASi el transistor se encuentra en la R.A.N, y tiene un valor de F suficientemente elevado, ICQ IEQ, y en determinadas ocasiones, la corriente de base se puede despreciar, frente a la corriente de colector, a efectos del cculo del punto de operacinHIPTESIS DE TRABAJO:

1)VBE=VBEQ (+0,6 v. (NPN Si) -0,6 v. (PNP Si) )2) IB=0, ICQ IEQ

ANLISIS SIMPLIFICADO DE TRANSITORES: HIPTESIS DE INFINITA (cont)HIPTESIS DE TRABAJO:1)VBE=VBEQ (+0,6 v. (NPN Si) -0,6 v. (PNP Si) )2) IB=0, ICQ IEQPRECAUCIONES AL EMPLEAR ESTA HIPTESIS:El transistor debe estar en en la R.A.NLa F debe ser lo suficientemente alta.La topologa del circuito debe ser compatible con la hiptesis de trabajo

ANLISIS SIMPLIFICADO DE TRANSITORES: HIPTESIS DE INFINITA (cont)La topologa del circuito debe ser compatible con la hiptesis de trabajo; Ejemplo de circuito en el que no se puede aplicar la hiptesis de infinita:

ANLISIS SIMPLIFICADO DE TRANSITORES: HIPTESIS DE INFINITA (cont)

,Ejemplo de circuito que se puede resolver con la hiptesis de infinita

ANLISIS DE CIRCUITOS CON NIVELES DE CORRIENTES BAJOSCuando asumimos que VBEQ=0,7 voltios,suponemos tcitamente que la corriente a travs de emisor es de varios miliamperios., suposicin vlida en la mayora de los casos.La suposicin falla cuando se trabaja con niveles de corrientes muy bajos.En estos casos, el modelo que mas se aproxima a la realidad, es el que presenta a transistor como una fuente de corriente no lineal, gobernada por la tensin base-emisor:Una observacin: En la R.A.N.,Transistores idnticos a igual temperatura, e igual tensin base-emisor, tienen la misma corriente de colector

ANLISIS DEL P.O. CUANDO EL TRANSISTOR EST EN LA REGIN DE SATURACINLas dos ecuaciones de polarizacin, junto con el modelo simplificado del transistor bipolar, en la regin de saturacin, dan lugar a un sistema de cuatro ecuaciones con cuatro incgnitas: [1] VBE = EBE - (RB+RE) IB - RE IC[2] VCE= ECE - RE IB- (RC+RE) ICque junto con:VBE= VBES y VCE=VCESDarn lugar a encontrar IBQ, e ICQNota: en saturacin IBQ > ICQ /FEs necesario comprobar que se cumple esta desigualdad,

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ANLISIS DEL P.O. CUANDO EL TRANSISTOR EST EN LA REGIN DE SATURACINVBE = EBE - (RB+RE) IB - RE IC VCE= ECE - RE IB- (RC+RE) ICVBE= VBES y VCE=VCESDarn lugar a encontrar IBQ, e ICQNota: en saturacin IBQ > ICQ /FEs necesario comprobar que se cumple esta desigualdad,

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Principios de diseo de Circuitos de PolarizacinEl objetivo fundamental de la polarizacin de un transistor es tener un punto de operacin adecuado para que el transistor funcione en la R.A.N., si se desea que funcione como amplificador.

Si el P.O. est muy cerca del eje de abcisas significa que est prximo a la regin de corteSi el P.O. est muy cerca de eje de ordenadas, significa que est prximo a la regin de saturacin.

Principios de diseo de Circuitos de Polarizacin (Continuacin)

Al superponer una seal variable a la corriente de base, el P.O. se desplazar por la recta dinmica de cargaSi el objetivo que perseguimos es obtener la mxima excursin simtrica posible, el P.O. deber estar ubicado en la mitad de la recta dinmica de carga.Si el objetivo perseguido es tener un consumo bajo en reposo, el P.O. deber fijarse cerca del eje de abcisas (ICQ pequea)Principios de diseo de Circuitos de Polarizacin (Cont.)

Determinacin grfica de las componentes de seal vbe, ib, y vce, cuando se superpone una componente de seal vi a la tensin VBB de polarizacin.

Concepto de recta esttica de carga yRecta dinmica de cargaLa recta de carga esttica viene definida por la ecuacin de polarizacin de la portada de salida.La recta de carga dinmica viene definida por la relacin que impone el circuito exterior entre la componente alterna de la corriente de colector y la componente alterna de la tensin colector-emisor.(Circuito equivalente de alterna)

R.E.C. (si:IC~IE )Si C2 es un cortocircuito para la c.a.:R.D.C. :(Recta Dinmica de Carga)

C.F.D.=R.D.C.El C.F.D es una recta que pasa por el P.O y en este caso tiene mayorPendiente Al superponer la c.a. , el P.O se desplazar a travs del C.F.D.(Camino de funcionamiento dinmico )

Diseo Del P.O. Para Fijarlo En La Mitad De La R.D.C.Donde RL es la resistencia equivalente del circuito de alternaPero ic=iC-ICQ , y vce=vCE-VCEQR.D.C. Referida a los ejes centrados en Q:

Diseo Del P.O. Para Fijarlo En La Mitad De La R.D.C. (Continuacin)La ecuacin de la R.D.C. , Referida a los ejes principales es:

Para obtener la mxima excursin simtrica, el P.O debe estar Situado en la mitad de la recta dinmica de carga

Diseo del P.O. Para fijarlo en la mitad de la R.D.C. (Continuacin)La ordenada en el origen es (para vCE=0) :

Si deseamos que la excursin mxima del P.O sea simtrica:ICMx debe ser igual a 2 ICQ , y por tanto se debe de cumplir: Que es la condicin de diseo buscada para obtener la mxima excusin simtrica del P.O.

EJEMPLOS:

La potencia instantnea absorbida o entregada por un transistor, al igual que en cualquier otro dispositivo tri-terminal, ser:Normalmente la potencia de la portada de entrada es despreciable frente a la potencia de la portada de salida.El valor medio de la potencia ser:Potencia disipada en un Transistor

Potencia disipada en un Transistor (Cont)Donde si estamos en la R.A.N: iC=ic+ICQ , y vCE=vce+VCEQSustituyendo y operando:Pero:(Resistencia dinmica de carga)Por tanto:

Potencia disipada en un Transistor (Cont)O bien:Valor eficaz al cuadradoDonde :ICQ VCEQ es la potencia disipada en ausencia de seal (En reposo)CONCLUSIN IMPORTANTE:La potencia disipada por un transistor en la R.A.N es mxima en ausencia de seal

Amplificadores con TransistoresPrincipios de anlisis en pequea sealIntroduccin:Concepto de linealizacin de un dispositivo no linealCondiciones para la aplicacin de un modelo linealizadoDependencia de los parmetros lineales

con el P.O del dispositivoConcepto de seal incremental pequea seal

El transistor bipolar, es un dispositivo triterminal no lineal

Trabajando en la R.A.N.su modelo aproximado es:

Donde las variables de tensiones y corrientes son las totales(Componente continua + componente alterna)(npn)(pnp)Modelo Incremental Del BJT

El circuito equivalente a efectos solamente de la componente alterna de pequea seal de la unin base-emisor polarizada directamente es una resistencia r: la resistencia dinmica del diodo Base-emisor, que es fuertemente dependiente del P.O., es decir de la corriente de baseLa fuente de corriente, a efectos de la componente variable, seguir teniendo el mismo modelo y el mismo signoModelo incremental del BJT (Cont)

Es decir, siempre que se cumpla que la excursin de P.O., es lo suficientemente pequea, como para considerar que r permanece constante, el modelo incremental de alterna para el transistor bipolar ideal,ya sea npn o pnp ser:Ideal= sin considerar efectos secundariosTransistor previamente polarizado en un P.O.,dentro de la R.A.NModelo incremental del BJT (Cont)

Un modelo alternativo al empleo de la fuente de corriente dependiente de la corriente incremental de base ,es sustituirla por: una fuente de corriente dependiente de la tensin incremental base-emisorModelos Incrementales Hbridos En Pi

Los dos modelos alternativos que podemos emplear en el anlisis de circuitos incrementales con transistores ideales:v=vbeModelos Incrementales Hbridos En Pi

Efecto Early, Resistencia de salida Efecto de realimentacin interna de la salida a la entradaEfecto de las resistencias de los bloques de base, colector y emisorEfecto de las capacidades de las uniones(de difusin y de deplexin)Efecto de capacidades parsitasEfecto de la temperatura en los valores de los parmetros

Modelo Incremental Del Transistor Bipolar Considerando Efectos Secundarios

Efecto Early, Resistencia de salidaLa ganancia F depende tambin del valor de VCE, segn la expresin:

Efecto Early, Resistencia de salida (cont)Fue Early el que estudiando este efecto, observ y comprob que todas las caractersticas de salida en la R.A.N, tendan a converger en un punto del eje de abcisas , -VAEn el circuito incremental equivalente, el citado efecto se modela por una resistencia en paralelo con la fuente de corriente

Efecto de realimentacin interna de la salida a la entrada

vce recoge el efecto de la realimentacin interna de salida a entrada.

Resistencia de base, colector y emisor

rb= Resistencia de difusin de base (resistencia del bloque de base), relativamente elevada. Valor tpico 100 ohmios. rc = Resistencia de colector. Valores tpicos entre 10 y 100 ohmios. (en transistores de baja potencia).Re= Resistencia de emisor, que es sensiblemente mas baja, (1 ohmio)

Modelo esttico SPICE, incluidos efectos secundarios

Modelo Incremental Del Transistor Bipolar Considerando Efectos Secundarios (Cont)Efecto de realimentacin interna de la salida a la entradaUna alternativa al empleo de la fuente dependiente ( vce), es la utilizacin de una resistencia r entre base y colector

Capacidades parsitasAl igual que vimos en los diodos, en las dos uniones del transistor bipolar, aparecen los mismos fenmenos de acumulacin de cargas, las llamadas capacidades de difusin y de deplexin, predominando la de difusin en las uniones que estn polarizadas directamente, y la de deplexin en las que las uniones estn polarizadas inversamente .El concepto de capacidades incrementales de difusin y de deplexin es perfectamente aplicable aqu.

Modelo dinmico del transistor bipolarEl circuito de la figura es el modelo dinmico del transistor bipolar, donde aparece tambin la capacidad de deplexin entre colector y sustrato en circuitos integrados.

Modelo de alta frecuencia del transistor bipolar

rrb resistencia del bloque de baser efecto de realimentacin interna (normalmente despreciable)rbc Capacidad incremental de difusin(La unin base-emisor polarizada directamente)

c Capacidad incremental de deplexin .(La unin base-colector polarizada inversamente)

Variacin de las parmetros con la temperaturaLa tensin de la unin base-emisor polarizada directamente, tal como vimos en diodos, disminuye a razn de -2mV/C,La caractersticas de salida aumentan su separacin, y se desplazana hacia arriba, debido al incremento de la temperatura, segn la expresin:XTB es una constante denominada exponente de temperatura(con XTR 1,7 se duplica de 27 a 175C)

Funcionamiento del transistor como interruptor estticoCon la seal vc(t), el transistor, idealmente pasa de saturacin a corte instantneamente.Debido a los efectos de acumulacin de cargas, el proceso de conmutacin en el transistor, tiene parecidas caractersticas que el de conmutacin de diodos, limitando la velocidad de conmutacin, y por tanto la frecuencia til de trabajo, en funcin de las caractersticas dinmicas del transistor.En el proceso de conmutacin dinmica de un transistor, existe una prdida de energa, que habr que limitar a valores admisibles.

Conmutacin dinmica del transistor bipolarEn la figura se aprecia como la tensin a la salida no cambia instantneamente, siguiendo a la seal de control, debido a los efectos de las capacidades de difusin y deplexin. (consulte bibliografa (pag 267 Malik)

Modelo dinmico SPICE del transistor bipolar

Introduccin a la Teora de Cuadripolos y Triterminales Lineales

La linealizacin de dispositivos no lineales de tres terminales, es un proceso de aproximacin del modelo no lineal , a un modelo lineal, truncando los correspondientes desarrollos en serie de Taylor a partir de los trminos de 2 OrdenAunque el proceso es vlido para cualquier dispositivo de tres terminales, vamos a particularizarlo para el transistor bipolar

Donde:

Llamando:Donde los hje son los denominados:Parmetros incrementales hbridos h referidos a emisor comnIntroduccin a la Teora de Cuadripolos y Triterminales (Cont)

De estas ecuaciones lineales, podemos deducir el circuito incremental equivalente:Introduccin a la Teora de Cuadripolos y Triterminales (Cont)

Parmetros incrementales Hbridos h

Condiciones que debe de cumplir la seal aplicada para poder emplear el circuito incremental equivalente del B.J.T:

Lmite inferior:La seal mnima que se podr aplicar , depende del ruido elctrico inherente al circuitoLmite superior:La seal mxima aplicada, depende dela mxima distorsin admisible En teora, se demuestra que :(vase bibliografa)Donde vT es la tensin trmica a 27C, vbe debe ser menor o igual que 5 mv.!

Transistores conectados como diodos

Ya que:Por tanto: Un transistor conectado como diodo (uniendo base con colector),equivale incrementalmente a una resistencia de valor :

CIRCUITOS EQUIVALENTES EN PEQUEA SEALUna vez polarizado el transistor en un P.O. en la R.A.N., el siguiente paso es superponer una seal variable,aplicndola en un punto del circuito, y extraer la respuesta en algn otro punto, sin que el acoplamiento de la fuente se seal modifique el punto de operacin del transistor cuando la fuente de seal es nula.Tambin, en el acoplamiento de la seal de salida de una etapa , a la entrada de otra etapa, no se puede alterar el P.O. de los transistores, si la seal variable de entrada es nula.El acoplamiento de las seales, y el de etapas, puede realizarse de dos formas: Circuitos de acoplamiento directo, y circuitos de acoplamiento a travs de capacidades

CIRCUITOS EQUIVALENTES EN PEQUEA SEALCIRCUITOS DE ACOPLAMIENTO DIRECTO

En la mayora de los integrados, el acoplamiento de las seales, y entre etapas es directo.Los circuitos de polarizacin deben disearse adecuadamente para que dicho acoplamiento no altere sensiblemente el P.O. de los transistores en ausencia de seal, (vs=0) (cortocircuito).Adems, en ausencia de seal, interesa normalmente que la tensin de salida sea tambin nula. Si el acoplamiento es directo, la nica posibilidad es emplear alimentaciones dobles y/o fuentes de corriente constantes.

CIRCUITOS EQUIVALENTES EN PEQUEA SEALCIRCUITOS DE ACOPLAMIENTO DIRECTO (CONT)

En la figura a) vemos como al cerrar en interruptor, an cuando la seal sea nula, el punto de operacin del transistor se altera.En la figura b), una alternativa poco prctica, superponer a la fuente de seal un nivel de continua igual a VBQ

CIRCUITOS EQUIVALENTES EN PEQUEA SEALCIRCUITOS DE ACOPLAMIENTO DIRECTO (CONT)

VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LOS CIRCUITOS CON ACOPLAMIENTO DIRECTO:VENTAJAS: Pueden procesar seales que varen muy lentamente, amplificando tanto niveles de continua como de alterna.Hay muchas magnitudes fsicas en el entorno industrial, cuyas variaciones son muy lentas, como por ejemplo, temperatura, presin , deformaciones, humedad relativa, velocidad del viento, luminosidad ambiental, INCONVENIENTES: Cualquier desviacin del P.O. De alguno de los transistores del circuito, afecta a la salida en mayor o menor grado, provocando tensiones de desplazamiento a la salida en ausencia de seal.

CIRCUITOS EQUIVALENTES EN PEQUEA SEAL CIRCUITOS CON ACOPLAMIENTO CAPACITIVOC1 es un condensador de acoplo de la seal de entrada a la base del transistorC2 es un condensador de desacoplo de la componente alterna, para conseguir mas gananciaC3 es un condensador de acoplo de la seal variable de salida a la carga

CIRCUITOS EQUIVALENTES EN PEQUEA SEAL CIRCUITOS CON ACOPLAMIENTO CAPACITIVO (CONT)Al ser las capacidades circuitos abiertos para la componente continua, los puntos de operacin no se ven afectados.Normalmente las capacidades se disean para que a las frecuencias de trabajo se puedan considerar cortocircuitosEl procedimiento de anlisis y diseo de las mismas es sencillo, aplicado anlisis frecuencial en mdulo y argumento

El mayor inconveniente del empleo de capacidades es que la frecuencia inferior de corte viene limitada por stas, no pudindose emplear si se desea procesar seales de muy baja frecuencia o que varen muy lentamente

PROCEDIMIENTO DE ANLISIS DE CIRCUITOS CON TRANSISTORES EN PEQUEA SEALANLISIS DEL CIRCUITO DE POLARIZACIN:

1) Anular las fuentes de seal; dejar las fuentes de polarizacin de continua, ya sea de tensin o de corriente2) Sustituir los condensadores por circuitos abiertos, y las autoinducciones por cortocircuitos (salvo su resistencia interna).3) Utilizar el modelo de gran seal del transistor4) Hallar el P.O. De cada transistor, utilizando las ecuaciones de polarizacin, y el modelo del transistor de gran seal en la R.A.N..

En muchos casos el proceso se simplificar mucho utilizando la hiptesis de infinito.

PROCEDIMIENTO DE ANLISIS DE CIRCUITOS CON TRANSISTORES EN PEQUEA SEALMODELO DE PEQUEA SEAL:

5) De los datos del punto de operacin de cada transistor, as como de las caractersticas suministradas por los fabricantes, calcular los parmetros incrementales de los transistores.

ANLISIS EN PEQUEA SEAL (SEAL INCREMENTAL)

6) Anular las fuentes de polarizacin (fuentes ideales de tensin constantes cortocircuitos, fuentes ideales de corriente constante circuito abierto). En el caso de no ser ideales habr que considerar su correspondientes resistencias equivalentes en alterna.

ANLISIS DE CIRCUITOS CON TRANSISTORES EN PEQUEA SEAL (cont)

ANLISIS EN PEQUEA SEAL (SEAL INCREMENTAL)

7) Sustituir los condensadores de acoplo y desacoplo por cortocircuitos,(si se han diseado para ello)8) Sustituir los transistores por su modelo de pequea seal.9) Aplicar la seal de entrada , y analizar su respuesta en la salida. Evaluando en cada caso lo que interese:Impedancias de entradaGanancia en tensinGanancia en corrienteGanancia en potenciaImpedancia de salida

AMPLIFICADORES BSICOS CON TRANSISTORES BIPOLARESDe los tres terminales del transistor, normalmente se emplear uno como referencia, comn a la entrada y a la salida.La seal de entrada se aplicar a uno de terminales, mediante el acoplamiento correspondiente (directo , capacitivo...), y se obtendr la respuesta en el terminal restanteDependiendo del terminal de referencia que se emplee, el amplificador bsico se denominar En emisor comn, entrada por base, salida por colectorEn colector comn. Entrada por base, salida por emisorEn base comn, entrada por emisor, salida por colector

AMPLIFICADORES BSICOS CON TRANSISTORES BIPOLARES (CONT)De los tres terminales del transistor, normalmente se emplear uno como referencia, comn a la entrada y a la salida.La seal de entrada se aplicar a uno de terminales, mediante el acoplamiento correspondiente (directo , capacitivo...), y se obtendr la respuesta en el terminal restanteDependiendo del terminal de referencia que se emplee, el amplificador bsico se denominar En emisor comn, entrada por base, salida por colectorEn colector comn. Entrada por base, salida por emisorEn base comn, entrada por emisor, salida por colector

AMPLIFICADOR EN EMISOR COMNa) Circuito completo b) Circuito equivalente en alterna

El amplificador en emisor comn(Cont)

El amplificador en emisor comn(Cont) Efecto de la resistencia de emisor

ETAPA AMPLIFICADORA EN BASE COMNCircuito completo

ETAPA AMPLIFICADORA EN BASE COMN (cont)Si consideramos ro infinita, es fcil demostrar las siguientes expresiones: (se propone como ejercicio las demostraciones)

7815.psd

ETAPA EN COLECTOR COMN

ETAPA EN COLECTOR COMN (CONT)

RESUMEN DE CONFIGURACIONES(Consulte apuntes manuscritos)