02a.transistor bipolar

Tecnología Electrónica

Transistor Bipolar BJT

http://paginaspersonales.deusto.es/jonathan.garibay/

Bibliografía

Principios de Electrónica, Albert Paul Malvino,

McGraw-Hill.

Capítulo 6: Transistores de unión bipolares

Tema 4. El transistor de Unión Bipolar

http://ocw.ehu.es/ensenanzas-tecnicas/electronica-

general/teoria/tema-4-teoria

Tema 5. El transistor Bipolar (guía de clase)

http://webs.uvigo.es/mdgomez/DEI/Guias/tema5.pdf


http://ocw.ehu.es/ensenanzas-tecnicas/electronica-general/teoria/tema-4-teoria









http://webs.uvigo.es/mdgomez/DEI/Guias/tema5.pdf


Estructura de un transistor

El transistor BJT (Bipolar Junction Transistor) está compuesto por 3 capas o zonas de semiconductores: La zona central se denomina base, y las laterales emisor y colector.

Cada una de las zonas consta de un terminal por donde extraer las corrientes.

Se representan con la inicial del nombre en inglés: E (emitter), B (base) y C (colector).

La zona intermedia puede ser de tipo p (transistor npn) o de tipo n (transistor pnp).

n ppE C

B

p nnE C

B

E C

B

E C

B



Estructura de un transistor (continuación…)

La zona del emisor está fuertemente dopada; Su misión es ‘emitir’ o inyectar portadores mayoritarios hacia la

base (huecos en el caso de un transistor pnp y electrones en el caso del transistor npn).

La base tiene un nivel de dopado muy bajo y es muy estrecha; Su misión es dejar pasar la mayor parte de portadores

inyectados por el emisor hacia el colector.

La zona del colector tiene un dopado intermedio y es la zona más ancha; Es la encargada de ‘colectar’ o recoger los portadores

inyectados por el emisor y que han sido capaces de cruzar la base.



El transistor no polarizado

Al igual que un diodo, los electrones libres de la región n

se difundirán a través de la unión y se recombinan con

los huecos de la región p.

Se forman dos zonas de deplexión donde la barrera de

potencial es de 0,7V para el Silicio (0,3 para el Germanio).

base colector

+

+

+

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

-

-

-

-+

-+

-+

-

-

-

emisor

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+-

+

+

+

p nn

E C

B

Se puede decir que un transistor está formado por

dos diodos en oposición: uno formado por el

emisor y la base, y otro por la base y el colector.



Transistor Polarizado

Conectando fuentes de tensión externa para polarizar al

transistor se crean 3 posibles configuraciones:

Base Común (BC).

Emisor Común (EC).

Colector Común (CC).

En cada una de estas configuraciones, se puede trabajar

en 4 zonas diferentes:

DE DC Zona de Trabajo Función

Directa Inversa Activa Amplificadores

Directa Directa Saturación Conmutación

Inversa Inversa Corte Conmutación

Inversa Directa Activa Inversa Sin utilidad



El Transistor Polarizado (continuación…)

Análisis del circuito de polarización en base común

para la zona activa con un transistor npn.

1. Se analiza la unión entre el emisor y la base.

2. Se analiza la unión entre el colector y la base.

3. Se analizan las dos uniones a la vez.

+

E

+

p nn

C

B

IE

IB

IC

IEnICn

Existen pequeñas corrientes en las

uniones que se desprecian.



Corrientes en un transistor

En las siguientes figuras están representados los

sentidos de las tensiones y corrientes para los

transistores pnp y npn:

IE

IB

IC

E C

B

VBE VBC

VCEIE IC

IB

Transistor npn

IE

IB

IC

E C

B

VBE VBC

VCEIE IC

IB

Transistor pnp



Corrientes en un transistor (continuación…)

La mayor parte del flujo de electrones del emisor llega al colector; por lo que se puede decir que la corriente del colector es prácticamente igual que la corriente del emisor. La corriente de la base suele ser menor que el 1% de la

corriente del colector.

El alfa de continua se define como la corriente continua del colector dividida entre la corriente continua del emisor.

CECBE IIIII

E

Cdc

I

I



Corrientes en un transistor (continuación…)

La beta de continua de un transistor se define

como la relación de la corriente continua del colector

y la corriente continua de base.

Se la conoce también como ganancia de corriente.

Derivaciones a partir de las fórmulas anteriores:

B

Cdc

I

I

dc

CB

BdcC

II

II

1

1

dc

dcdc

dc

dcdc



Parámetros de un Transistor

VCB(INV) el máximo voltaje que se le puede aplicar

a la unión colector-base en inversa.

VEB(INV) el máximo voltaje que se puede aplicar a

la unión emisor-base en inversa.

IC MAX máxima intensidad que puede circular por

el colector.

αdc ganancia que relaciona IC e IE.

βdc es la ganancia de corriente entre IC e IB,

también conocida como hfe.



Funcionamiento del Transistor

Un transistor se encuentra en corte cuando no circula

corriente entre sus terminales.

A efectos prácticos, un transistor se encuentra en corte cuando

se cumple que IE=0 o IE<0 (cuando el diodo del emisor está

polarizado en inversa).

Basta con no polarizar en directa la unión base-emisor; lo que

es lo mismo, que VBE=0.

La región activa es la normal de funcionamiento de un

transistor; existen corrientes en todas sus terminales.

A efectos prácticos, se considera que el VBE=0,6V y que la

corriente en el colector es:

BdcC II



Funcionamiento del Transistor (continuación…)

En la región de saturación las dos uniones se

encuentra en directa por lo que se dejan de cumplir

las relaciones de activa.

A efectos prácticos, se considera que el VBE=VBEsat=0,8V

y VCE=VCEsat=0,2V; y que la corriente en el colector ya no

cumple con la función de activa:

BdcC II



Efecto Early

También conocido como efecto de modulación de

anchura de la base, expresa que se pueden producir

variaciones en la tensión colector-base, lo que

provoca que cambie la anchura efectiva de la base.

Esta variación genera otra variación en la curva del diodo

formado por la base y el colector.

Base

Emisor Colector

WB WB

VCB

IB

VBE

∆VCB



Ruptura de un Transistor

Ruptura por avalancha: si se aplica una tensión inversa muy elevada a cualquiera de las uniones pn se puede generar el efecto avalancha. La unión base-emisor es especialmente sensible debido a la

alta impurificación del emisor.

Ruptura por perforación de base: puede ocurrir que debido a la corriente entre el colector y la base, desaparezca completamente la anchura de la base del transistor. El transistor se destruye debido a que la corriente que circula

entre el emisor y el colector que será muy elevada.Base

Emisor Colector

WB

VCB



Potencia Disipada por un Transistor

Teniendo en cuenta solo el régimen continuo, la

potencia disipada por cualquier dispositivo es:

En el caso del transistor, la potencia disipada viene

dada por la corriente del colector multiplicada por la

tensión entre el colector y el emisor:

IVP

CCE IVP



Subíndices dobles y simples

En los circuitos de transistor se usa la notación de

doble índice:

Cuando los subíndices son iguales, la tensión representa

una fuente de alimentación (VBB o VCC).

Cuando los subíndices son distintos, representan la

tensión entre los dos puntos especificados (VBE o VCE).

Los subíndices simples se emplean para designar la

tensión de nodo; es decir, la tensión entre el punto

especificado por el subíndice y la tierra (VE o VC).

Ejemplo de subíndices dobles y simples:

ECCE VVV



El transistor en Emisor Común

Se llama de emisor común porque el lado común o

la tierra de cada una de las fuentes está conectada

al emisor.

La malla de la izquierda es la malla de la base o malla de

entrada.

La malla de la derecha es la malla del colector o malla de

salida.

+

p

n

n

E

C

B

+

VBB

VCC

RC

RB



El transistor en Emisor Común (continuación…)

La fuente de la base polariza en directa el diodo del

emisor con RB como limitador de corriente.

Cambiando VBB o RB se puede cambiar la corriente de

base; y por tanto cambiar la corriente del colector.

En la malla del colector, la fuente VCC polariza en

inversa el diodo del colector a través de RC.

El colector debe ser positivo para recolectar la mayor

parte de electrones libres inyectados en la base.

La corriente de base controla la corriente del colector; esto

significa que una corriente pequeña (de base) controla una

corriente muy grande (de colector).



Malla de entrada

Se trata de un diodo polarizado en directa por lo que

se pueden aplicar las mismas aproximaciones.

+ n

n

E

C

B

+

VBB

VCC

RC

RB

p

B

BEBBB

R

VVI

IB

VBEVBE



Malla de entrada (continuación…)

Ejemplo 1:

Calcular la corriente de base en el siguiente circuito

(VBE=0,7V).

¿Cual es la caída de tensión en la resistencia de base?

¿Cuál es la corriente en el colector si βdc=200?

mA,μAI

V,V,VV

μAK

V,VI

C

RB

B

6213200

31702

13100

702

Q1BC547

RB

100K

RC

1k

VBB2V

VCC10V



Malla de salida

Dependiendo de la corriente de la base, tendremos una curva diferente.

A partir de un valor de VCE, un aumento de VCE no puede aumentar la corriente del colector; el colector sólo puede absorber los electrones que el emisor inyecta en la base.

El número de electrones libres solo depende de la malla de entrada.

+

p

n

n

E

C

B

+

VBB

VCC

RC

RB

IC

VCE

IB=0

IB=10μA

IB=20μA

IB=30μA

IB=40μA

IB=50μA

CCCCCE RIVV



Malla de salida (continuación…)

Ejemplo 2:

Calcular la tensión VCE y la potencia disipada por el

transistor (VBE=0,7V y βdc=200).

mW,mA,V,P

V,KmA,VV

mA,μAI

V,V,VV

μAK

V,VI

D

CE

C

RB

B

24196247

4716210

6213200

31702

13100

702

Q1BC547

RB

100K

RC

1k

VBB2V

VCC10V



Zonas de trabajo

Zona de corte: la corriente en el colector es prácticamente 0.

Existe una pequeña corriente inversa en el diodo del colector.

Zona de saturación: VCE toma valores entre 0 y unas decimas de voltios.

El diodo del colector no tiene suficiente tensión positiva como para capturar todo los electrones libres inyectados en la base.

Zona Activa: VCE toma valores superiores a unas decimas de voltios y la corriente del colector no es 0.

El colector recoge todos los electrones libres inyectado por el emisor en la base. IC

VCE

Zona Activa

Zona d

e

Satu

ració

n

Zona de Corte

Zona de ruptura



1ª Aproximación

Se toma el diodo emisor como ideal.

En colector actúa como una fuente de corriente que bombea una corriente β·IB a través de la resistencia del colector.

Circuito equivalente:

Curvas de las mallas de entrada y salida:

IB

VBE

IC

VCE

VBE VCE

+ +

- -

β·IB



2ª Aproximación

Se toma el diodo emisor en 2ª aproximación


Curvas de las mallas de entrada y salida

IC

VCE

VBE VCE

+ +

- -

β·IB

IB

VBEVBE



3ª Aproximación

Se tienen en cuenta las resistencias internas. Las relaciones entre tensiones y corrientes varía; por lo que la

tensión para entrar en la zona activa será cada vez mayor.


Curvas de las mallas de entrada y salida:

IC

VCE

VBE VCE

+ +

- -

Rb Rc

β·IB

IB

VBEVBE



Fototransistor

Es un transistor cuya base se polariza con la luz.

Es más sensible que un fotodiodo, detecta un mayor

rango de variaciones pero es más lento.

Símbolo electrónico:

En ausencia de luz se encuentra en corte mientras

que con máxima luz en saturación.


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