transistor bjt(2)
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Electrónica, 2007 1Joaquín Vaquero López
Joaquín Vaquero López
Tema 4.
Transistor Bipolar (BJT)
Electrónica, 2007 2Joaquín Vaquero López
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
Electrónica, 2007 3Joaquín Vaquero López
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
Electrónica, 2007 4Joaquín Vaquero López
Curva característica V-I de entrada Curva característica V-I de salida Conjunto de curvas dependiendo del parámetro
de entrada Ib (Curvas paramétricas)
Introducción a los elementos de 3 terminales
Ejemplo: Transistor bipolar BJT
Electrónica, 2007 5Joaquín Vaquero López
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
Introducción a los elementos de 3 terminales
Electrónica, 2007 6Joaquín Vaquero López
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
Introducción a los elementos de 3 terminales
Electrónica, 2007 7Joaquín Vaquero López
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
Electrónica, 2007 8Joaquín Vaquero López
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
Transistor bipolar BJT
Estructura del transistor. npn
Amplificación
Electrónica, 2007 9Joaquín Vaquero López
Transistor bipolar BJT
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
Electrónica, 2007 10Joaquín Vaquero López
Transistor bipolar BJT
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
Electrónica, 2007 11Joaquín Vaquero López
Transistor bipolar BJT
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
Electrónica, 2007 12Joaquín Vaquero López
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
Transistor bipolar BJT
Curvas características V-I (Emisor Común)
iB
vBE
Característica V-I de entrada
de un transistor
Zona Corte
Zona Conducción
Depende de VCB
C
B
E
VBB
iC
iE
RBiB
RC
VCC
Electrónica, 2007 13Joaquín Vaquero López
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
Transistor bipolar BJT
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.
Electrónica, 2007 14Joaquín Vaquero López
Polarización. Análisis en CC. (Emisor Común)
Obtención del Pto. de Operación.
Transistor bipolar BJT
iB
vBE
Característica V-I de entrada
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.
Electrónica, 2007 15Joaquín Vaquero López
iC
vCE
Característica V-I de salida de
un transistor
ICQ
vCEQ
Punto de operación Q
Obtención del Pto. de Operación.
Transistor bipolar BJT
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)
Electrónica, 2007 16Joaquín Vaquero López
Modelo equivalente en zona activa para CC o bajas frecuencias. npn
Ebers-Moll Simplificado
BC ii
BCE iii
Relaciones Básicas en la
Zona Activa:
Transistor bipolar BJT
Modelos
E
B
C
BiBi
Ci
Ei
B
C
E
Bi
VCB
VBE
CBOI
Ganancia de corriente
Electrónica, 2007 17Joaquín Vaquero López
Configuraciones. Análisis en CA.
Emisor Común. Amplificador inversor de tensión.
Transistor bipolar BJT
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
Electrónica, 2007 18Joaquín Vaquero López
Emisor Común. Curvas características.
Transistor bipolar BJT
iB
vBE
Característica V-I de entrada
de un transistor
Punto de operación Q
vBEQ
IBQ
iC
vce
ICQ
VCEQ
Punto de operación Q
VCC
VCC/RC
t
Configuraciones. Análisis en CA.
Electrónica, 2007 19Joaquín Vaquero López
Colector Común. Seguidor de tensión.
Transistor bipolar BJT
• 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.
Configuraciones. Análisis en CA.
Electrónica, 2007 20Joaquín Vaquero López
Base Común. Amplificador de tensión.
Transistor bipolar BJT
• 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
Configuraciones. Análisis en CA.
Electrónica, 2007 21Joaquín Vaquero López
Transistor bipolar BJT
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 ,
Electrónica, 2007 22Joaquín Vaquero López
Transistor bipolar BJT
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.