03a polarizacion bjt ea1

5/12/2018 03a Polarizacion BJT EA1 - slidepdf.com

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UTN FRBB

Capitulo 03a - BJT - Electrónica Aplicada I - Mag. De Pasquale Página 1

CAPÍTULO 3: TRANSISTOR BIPOLAR DE JUNTURA

3.1 Estudio en corriente continua (dc) y gran señal

Estructura simplificada y polaridades para BJTs funcionando en modonormal y en la región activa.

vCE = vCB + v BE

v EC = v BC + v EB

Para ambos i E = iC + i B

En el modo inverso se invierten los roles entre colector y emisor,

manteniendo las polaridades como antes para funcionamiento en la región activa.

Resumen de las relaciones i-v en un BJT funcionando en el modo normal y

región activa. Del modelo de Ebers-Moll, suponiendo los sentidos de corriente de

la Fig. 3.1.1, para un npn tenemos para dc y gran señal,

11)3

1111)3

11)2

11)1

/ /

/ /

/ /

/ /

T BC T BE

T BC T BE

T BC T BE

T BC T BE

V v

R

SV v

F

S B

V v

CS R

V v

ESF B

V v

R

SV vSC

V v

S

V v

F

S E

e I

e I

ib

e I e I ia

e I e I i

e I e I

i

;

Emisor

tipo n

Colector

tipo n

Base

tipo p

E

B

C

Emisor

tipo p

Colector

tipo p

Base

tipo n E

B

C

vCB v BE

+ vCE -

i B

iC i E

E

B

C

v EB

- v EC +

v BC

i B

iC i E

CE

B

Figura 3.1.1



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F I ES = R I CS = I S ; I CBO = I CS(1 - F R)

De ahora en más, = F y = F ya que siempre trabajaremos en modo normal y

región activa,

De 2) T

BE

V

v

SC e I i si v BE > 0 y >> V T , vCB

E

C

E C

CBO E C

i

iii

I ii

en base común(3.1.1)

Para transistores pnp tómese v EB. Tomaremos n = 1 cuando el transistor opereen la zona normal de corriente según su límite. Para elevada corriente respecto a la

normal o para muy baja corriente se tomará n = 2. I CBO o I CO es la corriente de

portadores minoritarios entre colector y base con el emisor en circuito abierto.

También llamada corriente inversa de saturación como en los diodos; recordando

que es mucho mayor que I S pues tiene una componente importante de fugas yvariable con la tensión V CB; es del orden de nanoamperes, en general mucho mayor

que el valor teórico por lo dicho anteriormente. Se duplica aproximadamente cada

10°C.

Tanto en transistores npn como pnp, se tiene

C B E iii (3.1.2)

Con la ecuación (3.1.2) en la (3.1.1) queda,

iC = i B + iC + I CBO

CBO BC I ii

1

1

1 (3.1.3)

1

11

1resulta (3.1.4) y (3.1.5)

Con las ecuaciones (3.1.4) y (3.1.5) en la (3.1.3) se tiene,

BCBO BC i I ii )1( (3.1.6)

Despreciando el término con ( +1) I CBO = I CEO se obtiene,

FE

B

C hi

i

Ganancia de corriente en EC

de gran señal o continua

Las corrientes son totales.

De las ecuaciones anteriores queda,T

BE

V

v

S B e I i ) / ( ; 1 B

E

i

i(3.1.7)



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- 2 mV / °C

La ecuación (3.1.6) es válida para todas las configuraciones (EC, CC y BC). Para

transistores modernos entre 100 y 600, en dispositivos especiales hasta 1000. De

la ec. (3.1.4) es constante (para cada transistor particular) que es muy cercana a la

unidad (ganancia de corriente en base común). Es decir para = 100 tenemos

0,99. La ecuación (3.1.4) muestra que para pequeños cambios en resultancambios muy grandes en . Esta observación matemática se manifiesta físicamente

en que transistores del mismo tipo tienen valores muy diferentes de . En el modo

inverso el se indica R, normalmente es mucho menor que en modo directo

(< F /10), y con el ocurre algo similar.

La Fig. 3.1.2 muestra la variación de con respecto a I C y la variación de V BE

con la temperatura.

Dependencia de hFE con I C : Dependencia de v BE con T :

3.2 Curvas características en emisor común

Operando en modo normal se reconocen las siguientes regiones de

funcionamiento:

Modos de operación JBE JBCCorte (cutoff) Inversa Inversa

Activo Directa Inversa

Saturación Directa Directa

De la característica de salida Fig. 3.2.2 vemos:

Figura 3.1.2



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a) Región de saturación: V CEsat 0,2 V, el transistor conduce una corriente

apreciable, prácticamente sin caída en colector-emisor. Aquí el hFE tiene valores

muy inferiores que en la región activa y variable lo cual no da mucho sentido su

uso.

b) Región de ruptura: para valores grandes de vCE se produce la ruptura poravalancha que deteriora el dispositivo a BV CE .

c) Región activa: en esta región se cumple la ecuación (3.1.6). Corresponde al

funcionamiento “lineal” que tiene como límites la tensión anterior y la corriente

máxima de colector.

d) Región de corte: límite inferior de corriente de colector por debajo del cual se

considera que no circula corriente.

En las ecuaciones (3.1.1) a (3.1.7), se puede observar que la iC es independiente

del valor de voltaje de colector mientras la unión colector base permanezca

polarizada inversamente, es decir vCB 0. Por lo tanto el colector se comporta como

una fuente ideal de corriente constante controlada por la base como se ve en la

Figura 3.2.1. Sin embargo la pendiente positiva que se puede observar en las curvas

de salida reales indica la existencia de una resistencia de salida finita dada por:

r o = vCE / iC vCE / iC

(con v BE constante) debido a la tensión Early. Esto se debe a la tensión vCB, que al

aumentar aumenta la región de agotamiento de carga (deplexión) y disminuye el

ancho eficaz de la base W , por lo tanto aumenta iC con vCE . Se puede modelar estocomo

A

CE V

v

SC V

ve I i T

BE

1 (3.2.1)

Con lo cual resulta r o |V A| /I C

Gráficamente se puede obtener como lo indica la Fig. 3.2.3. V A es un parámetro del

transistor variable entre 50 y 100 Volts.

Vemos que para saltos iguales I B no corresponden saltos iguales en I C lo quehace que hFE sea función de I C . Para grandes excursiones de señal produce la

deformación de la onda de salida (distorsión).

Las características de salida ideales, Fig. 3.2.1, se pueden trazar haciendo:

iC = hFE .i B



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La característica de salida real de un transistor npn en emisor común (EC o

CE) se puede observar en las Fig. 3.2.2 a 3.2.4:

Visualización del efecto Early.

Figura 3.2.2

Figura 3.2.3

iC

vCE

V CEsat

50A

10A

40A

30A

20A i B

Figura 3.2.1



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Características en emisor común expandidas en la región de saturación

definición en general,

B

C

i

i

de continua en el punto Q de reposo,

FE

BQ

CQ

dc h I

I

de señal, alterna o incremental,

fe

B

C ac h

ctevi

i

CE

|

dc y ac difieren alrededor del 20% entre sí, por ello salvo mención en contrario, se

deberán tomar del mismo valor.

3.3 Modelos del transistor para gran señal y continua

Para transistores npn en emisor común, en la zona activa, tenemos los modelos que

se muestran en la Fig. 3.3.1,

Figura 3.3.1

Figura 3.2.4 I B

I Csat

V CEsat

Pendiente =1/RCEsat



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Podemos agregar modelos simples en la región activa y de saturación para

cálculos rápidos de las corrientes cuando el transistor opera en corriente continua.

Para transistores npn y pnp, en la región activa, se observan en la Fig. 3.3.2los modelos correspondientes,

En la Fig. 3.3.3 a) tenemos un transistor npn que trabaja en saturación

excitado por una fuente de corriente constante I B. Observamos en b) la curva

característica para la corriente i B = I B, aproximada por una recta de pendiente

1/ RCEsat . En c) vemos al circuito equivalente del transistor saturado y en d) una

versión simplificada de c) muy útil.

Para el corte, se considerará al transistor como un circuito abierto.

Figura 3.3.2

C

B

E

V BE = 0,7 V I B

I C

I B

I E B

E

C

I B V EB = 0,7 I B

I C

I E

Figura 3.3.3

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