Transistor BJT(2)

Electrónica, 2007 1Joaquín Vaquero López

Joaquín Vaquero López

Tema 4.

Transistor Bipolar (BJT)


4.1) Introducción a los elementos de 3 terminales

4.2) Transistor Bipolar BJT (Bipolar Junction Transistor): Estructura. Efecto

transistor. Circuito simple de un transistor.

4.3) Zonas de funcionamiento. Curvas características V-I. Polarización.

Modelos.

4.4) Configuraciones. Emisor Común, Colector Común y Base común

4.5) Aplicaciones. Transistor real.

Transistor Bipolar (BJT): Índice


Hasta ahora se han visto componentes de 2 terminales, con una curva

característica V-I. Los componentes de 3 terminales tienen 3 pares de

posibles curvas características V-I. Dos de ellas son suficientes para definir el

componente.

Esas dos curvas características son la curva V-I de entrada y la curva V-I

de salida. La curva característica V-I de salida es un conjunto de curvas en

función de uno de los parámetros de entrada.

Introducción a los elementos de 3 terminales

Componente de 3

terminales

Entrada Salida

ve

is

vs

ie


Curva característica V-I de entrada Curva característica V-I de salida Conjunto de curvas dependiendo del parámetro

de entrada Ib (Curvas paramétricas)


Ejemplo: Transistor bipolar BJT


Componentes de 3 terminales:

BJT: Fuente de corriente (salida)

controlada por corriente (entrada).

Ganancia de corriente.

Terminales: Base, Emisor y Colector

FET: Fuente de corriente (salida)

controlada por tensión (entrada).

Transconductancia (gm).

Terminales: Puerta, Drenador y Fuente

BJTBC

vBE

ic

vCE

ib

E

ie

vBC

FETGD

vGS

id

vDS

ig

S

is

vGD



Clasificación de los componentes de 3 terminales.

BJT

npn

pnp

FET

JFET

MOSFET

Canal p

Canal n

Canal p

Canal n

Canal p

Canal n

Enriquecimiento

Deplexión



Transistor bipolar BJT

Estructura y símbolo del transistor. npn y pnp

C

B

E

iB iC

iE

C

B

E

iB iC

iE

Terminales: Base, Emisor y Colector. Componente asimétrico.

N NPE

B

C

P PNE

B

C


Huecos

Electrones

Emisor

Colector

Base

n+

n

- + - +

E B C

iE iB iC

VBE VBC

p-

Emisor muy dopado. Base muy fina y poco dopada.

Con la unión Base-Emisor polarizada directamente (VBE > VT) los electrones (mayoritarios) alcanzan el

Colector a través de la Base muy fina. La unión Base-Colector se polariza inversamente, de manera

que ayuda al movimiento de los electrones provenientes del Emisor (minoritarios en una unión p-n

polarizada en inversa).

)1(/

TBE Vv

EOE eIi

Las corrientes en el transistor:

EC ii

Al igual que en los diodos:

BCE iii EB ii )1(

)1()1( E

E

B

C

i

i

i

i

BC ii


Estructura del transistor. npn

Amplificación



Circuito simple ideal (Emisor Común)

C

B

E

VBB

iC

iE

iB

RC

VCC

Unión Base-Emisor polarizada directamente (VBE>VT). Unión Base-Colector polarizada

inversamente. Fuente de corriente controlada por corriente.

B

BC ii BiVBB

C

E

VCC

BC ii Amplificación



Zonas de funcionamiento

Zona Activa: Unión Base-Emisor polarizada directamente (VBE>VT). Unión Base-

Colector polarizada inversamente.

B

Bi

Bi Ci

Ei

VBE

C BC ii

BCE iii Amplificación

Zona de Corte: Unión Base-Emisor polarizada inversamente. Base-Colector

polarizada inversamente. No hay movimiento de electrones (sólo minoritarios)

0Ci

0Ei

B

Bi Ci

Ei

C

Interruptor abierto



Zonas de funcionamiento

Zona de Transistor inverso: Unión Base-Emisor polarizada inversamente. Base-

Colector polarizada directamente. Es como la zona activa, pero sólo mueve los electrones

de fugas, no los mayoritarios. Transistor “muy malo”.

Zona Saturación: Unión Base-Emisor polarizada directamente (VBE>VT). Unión

Base-Colector polarizada directamente. La polarización directa BC evita que pasen los e-

provenientes del Emisor. Sin embargo provoca que la tensión CE sea prácticamente nula.

La corriente de colector ic depende del circuito externo.

B

Bi Ci

Ei

VBE

C

VBC

CE ii Interruptor cerrado


Característica V-I de entrada

)1()1()1(//

TBETBE Vv

EO

Vv

BOB eIeIi

• La Base-Emisor es una unión p-n:

• La tensión mínima para polarizar

directamente la Base-Emisor es 0.5 – 0.7V.

• Depende del circuito de entrada:

;0Bi Zona Activa o Saturación

;0Bi Zona de Corte


Curvas características V-I (Emisor Común)

iB

vBE


de un transistor

Zona Corte

Zona Conducción

Depende de VCB

C

B

E

VBB

iC

iE

RBiB

RC

VCC


Característica V-I de salida

• La potencia disipada limita el área de

operación segura:

• La salida depende de la ib:

;0Bi Zona Activa o Saturación

;0Bi Zona de Corte


Curvas características V-I (Emisor Común)

iC

vCEZona Corte

VCEsat

ibn

ib3

ib2

ib1

ib0 = 0

Zona Saturación

Zona Activa o Lineal

Potencia máxima bC ii · CCCC VRfi ,

0Ci

.· max CtePviP CECBJT

• En la zona activa la ic no es plana, tiene un

ligera pendiente positiva (0,01-0,05mA/V).

Modulación del ancho de la base. Tensión

Early.


Polarización. Análisis en CC. (Emisor Común)

Obtención del Pto. de Operación.


iB

vBE


de un transistor

Punto de operación Q

vBEQ

IBQ B

BBB

R

Vi 0BEV

• Circuito de entrada

BEBBBB VRiV ·

B

BBB

R

Vi

BBBE VV 0Bi

BBBE VV

• Recta de carga a la entrada

• Pto. De Operación. Intersección de la

recta de carga con la curva característica

de entrada.


iC

vCE

Característica V-I de salida de

un transistor

ICQ

vCEQ


Obtención del Pto. de Operación.


0CEV

• Circuito de salida

C

CCC

R

Vi

CCCE VV 0CiCCCE VV

• Recta de carga a la salida

CECCCC VRiV ·

C

CCC

R

Vi

• Pto. De Operación. Intersección de la

recta de carga con la curva del valor de iB

dado por la característica de entrada.

Polarización. Análisis en CC. (Emisor Común)


Modelo equivalente en zona activa para CC o bajas frecuencias. npn

Ebers-Moll Simplificado

BC ii

BCE iii

Relaciones Básicas en la

Zona Activa:


Modelos

E

B

C

BiBi

Ci

Ei

B

C

E

Bi

VCB

VBE

CBOI

Ganancia de corriente


Configuraciones. Análisis en CA.

Emisor Común. Amplificador inversor de tensión.


C

B

E

VBB

iE

RB iB

RC

VCC

iC

Vsve

• Polarización CC (Pto. de operación o trabajo):

BEBBBB VRiV ·

CECCCC VRiV ·

• Amplificación de tensión CA

• Ganancia de tensión y corriente

• Alta impedancia de entrada y de

salida


Emisor Común. Curvas características.


iB

vBE


de un transistor


vBEQ

IBQ

iC

vce

ICQ

VCEQ


VCC

VCC/RC

t



Colector Común. Seguidor de tensión.


• Polarización CC (Pto. de operación):

EEBEBBBB RiVRiV ··

CEEECC VRiV ·

• Amplificación de corriente CA .

(Etapa de salida y búfer).

C

B

E

VBB

iE

RB iB

RE

VCC

iC

Vs

ve

• Ganancia de corriente y potencia.

Ganancia de tensión ~ 1.

• Alta impedancia de entrada y baja

de salida.

• Realimentación negativa de la

tensión de salida en serie con la

entrada.



Base Común. Amplificador de tensión.


• Polarización CC (Pto. de operación):

eBEBBBB vVRiV ·

eCECCCC vVRiV ·

• Amplificación de tensión para CI.

Buena respuesta en frecuencia.

• Baja impedancia de entrada y alta

de salida.

C

B

E

VBB

iE

RB iB

RE

VCC

iC

Vsve

RC




Aplicaciones

Resistencia variable (en CC y Zona Lineal)

Interruptor: Corte y Saturación.

Amplificadores

C

B

E

VBB

iC

iE

RBiB

RC

VCC

)( B

C

CE ifi

V ),( BBB RVf

;0Bi Zona de Corte 0Ci

;0CEV Zona de Saturación

CCCC RVfi ,



Transistor BJT real.

Sus características varían con la temperatura. En general, el incremento de

temperatura produce un aumento de la corriente del transistor iC, de la corriente

de fugas y una disminución de la tensión umbral Base-Emisor.

La curva característica de salida no es plana en su Zona Lineal, tiene un

ligera pendiente positiva, determinada por el ancho de la base. (Modulación de

ancho de base). Tensión de Early.

La tensión máxima que soporta un transistor entre terminales es finita. Por

encima de ellas se rompe el componente.

La máxima corriente viene limitada por la capacidad de disipación de potencia

del componente.

La existencia de capacidades y resistencia parásitas hacen que la velocidad

de respuesta del transistor sea limitada.

Documents

Transistor BJT(2)