San Cristóbal, Julio de 2011

Clase Nº 10:

Análisis de Circuitos Electrónicos Parte III: Transistores

Material Digital preparado por: Miguel Vera

Universidad de Los Andes-TáchiraUniversidad de Los Andes-TáchiraDepartamento de CienciasDepartamento de Ciencias

Cátedra: ElectrónicaCátedra: ElectrónicaProf. Miguel VeraProf. Miguel Vera

I N T R O D U C C I Ó NI N T R O D U C C I Ó N

En esta clase se introduce el tercer dispositivo

electrónico denominado Transistor.

Esta sesión de trabajo se dedicará a describir el

Transistor, a analizar circuitos en los que este tipo de

dispositivo actúa como componente principal, obtener

su función de transferencia y utilizar su modelo físico-

matemático para la resolución de problemas.

O B J E T I V O SO B J E T I V O S

• Definir el Transistor e introducir su simbología y nomenclatura.

• Describir las características fundamentales de un Transistor.

• Analizar las configuraciones Típicas del Transistor.

• Estudiar algunas aplicaciones de los Transistores.

COMPONENTE ELECTRÓNICO Nº 3:COMPONENTE ELECTRÓNICO Nº 3: Transistor, Transistor,

Descripción de un TransistorDescripción de un Transistor::

El El transistortransistor es un dispositivo electrónico semiconductor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. o rectificador.

El término "transistor" es la contracción en inglés de El término "transistor" es la contracción en inglés de transfer resistortransfer resistor ("resistencia de transferencia"). ("resistencia de transferencia").

Actualmente se los encuentra prácticamente en todos los Actualmente se los encuentra prácticamente en todos los aparatos domésticos de uso diario: radios, televisores, aparatos domésticos de uso diario: radios, televisores, grabadoras, reproductores de audio y video, hornos de grabadoras, reproductores de audio y video, hornos de microondas, lavadoras, automóviles, equipos de microondas, lavadoras, automóviles, equipos de refrigeración, alarmas, relojes de cuarzo, computadoras, refrigeración, alarmas, relojes de cuarzo, computadoras, calculadoras, impresoras, lámparas fluorescentes, equipos calculadoras, impresoras, lámparas fluorescentes, equipos de rayos X, tomógrafos, ecógrafos, reproductores mp3, de rayos X, tomógrafos, ecógrafos, reproductores mp3, teléfonos móviles, etc.teléfonos móviles, etc.

Tipos de TransistoresTipos de TransistoresTransistor de unión bipolar

El transistor de unión bipolar, o BJT por sus siglas en inglés, se fabrica básicamente sobre un monocristal de Germanio, Silicio o Arseniuro de Galio, que tienen cualidades de semiconductores.

Sobre el sustrato de cristal, se contaminan en forma muycontrolada tres zonas, dos de las cuales son del mismo tipo, NPN o PNP, quedando formadas dos uniones NP.

La zona N con elementos donantes de electrones (cargas negativas) y la zona P de aceptadores o "huecos" (cargas positivas). Normalmente se utilizan como elementos aceptadores P al Indio (In), Aluminio (Al) o Galio (Ga) y donantes N al Arsénico (As) o Fósforo (P).

Tipos de TransistoresTipos de TransistoresTransistor de unión bipolarLa configuración de uniones PN, dan como resultado transistores PNP o NPN, donde la letra intermedia siempre corresponde a la característica de la base, y las otras dos al emisor y al colector que, si bien son del mismo tipo y de signo contrario a la base, tienen diferente contaminación entre ellas (por lo general, el emisor esta mucho más contaminado que el colector).

El mecanismo que representa el comportamiento semiconductor dependerá de dichas contaminaciones, de la geometría asociada y del tipo de tecnología de contaminación (difusión gaseosa, epitaxial, etc.) y del comportamiento cuántico de la unión.

Curvas Características de un Transistor BJTCurvas Características de un Transistor BJT

Curvas Características de un Transistor BJTCurvas Características de un Transistor BJT

Recta de Carga de un Transistor BJTRecta de Carga de un Transistor BJT

Tipos de TransistoresTipos de TransistoresTransistor de efecto de campo El transistor de efecto de campo, o FET por sus siglas en inglés,

que controla la corriente en función de una tensión; tienen alta impedancia de entrada. Existen varios tipos de FETs.

1. Transistor de efecto de campo de unión, JFET, construido mediante una unión PN.

2. Transistor de efecto de campo de compuerta aislada, IGFET, en el que la compuerta se aísla del canal mediante un dieléctrico.

3. Transistor de efecto de campo MOS, MOSFET, donde MOS significa Metal-Óxido-Semiconductor, en este caso la compuerta es metálica y está separada del canal semiconductor por una capa de óxido.

Tipos de TransistoresTipos de Transistores

Transistor de unión unipolarTambién llamado de efecto de campo de unión (JFET). Lo forma

una barra de silicio de tipo N o P. En los terminales de la barra se establece un contacto óhmico, tenemos así un transistor de efecto de campo tipo N de la forma más básica.Si se difunden dos regiones P en una barra de material N y se conectan externamente entre sí, se producirá una puerta. A uno de estos contactos le llamaremos surtidor y al otro drenador.

Aplicando tensión positiva entre el drenador y el surtidor y conectando a puerta al surtidor, estableceremos una corriente, a la que llamaremos corriente de drenador con polarización cero. Con un potencial negativo de puerta, cesa la conducción en el canal.

Configuraciones Típicas de BJTConfiguraciones Típicas de BJT

El comportamiento del transistor se puede ver como dos diodos, uno entre base y emisor, polarizado en directo y otro diodo entre base y colector, polarizado en inverso. Esto quiere decir que entre base y emisor tendremos una tensión igual a la tensión directa de un diodo, es decir 0,6 a 0,8 V para un transistor de silicio y unos 0,4 para el germanio.

En el colector tendremos una corriente proporcional a la corriente de base: IC = β IB, es decir, ganancia de corriente cuando β>1. Para transistores normales de señal, β varía entre 100 y 300.

Configuraciones Típicas de BJTConfiguraciones Típicas de BJT

Emisor común.La señal se aplica a la base del transistor y se extrae por el colector. El emisor se conecta a las masas o “tierras” tanto de la señal de entrada como a la de salida. En esta configuración se tiene ganancia tanto de tensión como de corriente y alta impedancia de entrada

Configuraciones Típicas de BJTConfiguraciones Típicas de BJT

Base común.La señal se aplica al emisor del transistor y se

extrae por el colector. la base se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida. En esta configuración se tiene ganancia sólo de tensión. La impedancia de entrada es baja y la ganancia de corriente algo menor que uno, debido a que parte de la corriente de emisor sale por la base. La base común se suele utilizar para adaptar fuentes de señal de baja impedancia de salida como, por ejemplo, micrófonos dinámicos.

Configuraciones Típicas de BJTConfiguraciones Típicas de BJT

Colector común.La señal se aplica a la base del transistor y se extrae

por el emisor. El colector se conecta a las masas tanto de la señal de entrada como a la de salida. En esta configuración se tiene ganancia de corriente, pero no de tensión que es ligeramente inferior a la unidad. Esta configuración multiplica la impedancia de salida por 1/β.

Ejemplo1:Transistor como Manipulador del Flujo eléctricoEjemplo1:Transistor como Manipulador del Flujo eléctrico

Ejemplo1:Transistor como Manipulador del Flujo eléctricoEjemplo1:Transistor como Manipulador del Flujo eléctrico

Datos :Vcc = 12 VCarga= 12V, 1.2WB= 200Vbe=0.7v

Solución: us en la posición A

De la fórmula de Potencia: P = VxI.

Despejando I se obtiene:

I = Ic = P/V = 1.2 watts / 12 v = 100 mA

Ib = Ic/B = 100 mA/200 = 0.5 mA.

Esta es la corriente de base necesaria para que el transistor se sature y encienda el bombillo. Para calcular Rb se hace una malla en el circuito de la base: 12 V = Rb x Ib + Vbe

Rb = (12–0.7)/Ib = 11.3 V/0.5 mA = 2260 ohmios. Para efectos prácticos Rb = 2.2 K

Para que el Transistor entre en Corte basta conectar Rb a Tierra.

us

B

Ejemplo2:Transistor como Manipulador del Flujo eléctricoEjemplo2:Transistor como Manipulador del Flujo eléctrico

Ejemplo2:Transistor como Manipulador del Flujo eléctricoEjemplo2:Transistor como Manipulador del Flujo eléctrico

Ejemplo3:Transistor como Manipulador del Flujo eléctricoEjemplo3:Transistor como Manipulador del Flujo eléctrico

Ejemplo4:Transistor funcionando en la región activaEjemplo4:Transistor funcionando en la región activa

RB5v

2.2k

10v