Fundamentos de Electrnica

Grupo 1

Fundamentos de ElectrnicaEltransistor de unin bipolar(delinglsbipolar junction transistor, o sus siglasBJT) es undispositivo electrnicodeestado slidoconsistente en dosuniones PNmuy cercanas entre s, que permite controlar el paso de lacorrientea travs de sus terminales. La denominacin de bipolar se debe a que la conduccin tiene lugar gracias al desplazamiento de portadores de dos polaridades (huecospositivos yelectronesnegativos), y son de gran utilidad en gran nmero de aplicaciones; pero tienen ciertos inconvenientes, entre ellos suimpedanciade entrada bastante baja.Transistores BJT

Se denominaunin PNa la estructura fundamental de loscomponentes electrnicoscomnmente denominadossemiconductores, principalmentediodosytransistores.Los transistores bipolares son los transistores ms conocidos y se usan generalmente enelectrnica analgicaaunque tambin en algunas aplicaciones deelectrnica digital, como la tecnologa TTLo BICMOS.

TTLes la sigla en ingls detransistor-transistor logic, es decir, lgica transistor a transistor. Es unafamilia lgicao lo que es lo mismo, una tecnologa de construccin de circuitos electrnicosdigitales. En los componentes fabricados con tecnologa TTL los elementos de entrada y salida del dispositivo sontransistores bipolares.

Un transistor de unin bipolar est formado por dosUniones PNen un solo cristal semiconductor, separados por una regin muy estrecha. De esta manera quedan formadas tres regiones:Emisor, que se diferencia de las otras dos por estar fuertementedopada, comportndose como un metal. Su nombre se debe a que esta terminal funciona comoemisor de portadores de carga.Base, la intermedia, muy estrecha, que separa el emisor del colector.Colector, de extensin mucho mayor.

La tcnica de fabricacin ms comn es la deposicin epitaxial.

En su funcionamiento normal, la unin base-emisor est polarizada en directa, mientras que la base-colector en inversa. Los portadores de carga emitidos por el emisor atraviesan la base, porque es muy angosta, hay poca recombinacin de portadores, y la mayora pasa al colector.

Un transistor de unin bipolar consiste en tres regiones semiconductorasdopadas: la regin del emisor, la regin de la base y la regin del colector. Estas regiones son, respectivamente, tipo P, tipo N y tipo P en un PNP, y tipo N, tipo P, y tipo N en un transistor NPN. Cada regin del semiconductor est conectada a un terminal, denominado emisor (E), base (B) o colector (C), segn corresponda.ESTRUCTURACorte transversal simplificado de un transistor de unin bipolar NPN. Donde se puede apreciar como la unin base-colector es mucho ms amplia que la base-emisor.

Tipos de Transistor de Unin Bipolar

NPNPNPTRANSISTOR NPNNPN es uno de los dos tipos de transistores bipolares, en los cuales las letras "N" y "P" se refieren a los portadores de carga mayoritarios dentro de las diferentes regiones del transistor. La mayora de los transistores bipolares usados hoy en da son NPN, debido a que la movilidad del electrn es mayor que la movilidad de los "huecos" en los semiconductores, permitiendo mayores corrientes y velocidades de operacin.

Los transistores NPN consisten en una capa de material semiconductordopadoP (la "base") entre dos capas de materialdopadoN. Una pequea corriente ingresando a la base en configuracin emisor-comn es amplificada en la salida del colector.La flecha en el smbolo del transistor NPN est en la terminal del emisor y apunta en la direccin en la que lacorriente convencionalcircula cuando el dispositivo est en funcionamiento activo.

El otro tipo de transistor de unin bipolar es el PNP con las letras "P" y "N" refirindose a las cargas mayoritarias dentro de las diferentes regiones del transistor. Pocos transistores usados hoy en da son PNP, debido a que el NPN brinda mucho mejor desempeo en la mayora de las circunstancias.TRANSISTOR PNPLos transistores PNP consisten en una capa de material semiconductordopadoN entre dos capas de materialdopadoP. Los transistores PNP son comnmente operados con el colector a masa y el emisor conectado al terminal positivo de la fuente de alimentacin a travs de una carga elctrica externa.

Una pequea corriente circulando desde la base permite que una corriente mucho mayor circule desde el emisor hacia el colector.La flecha en el transistor PNP est en el terminal del emisor y apunta en la direccin en la que la corriente convencional circula cuando el dispositivo est en funcionamiento activo.

El transistor bipolar fue inventado en diciembre de1947en laBell Telephone Companypor John Bardeen y Walter Brattain bajo la direccin de William Shockley. La versin de unin, inventada por Shockley en1948, fue durante tres dcadas el dispositivo favorito en diseo de circuitos discretos e integrados. Hoy en da, el uso de BJT ha declinado en favor de la tecnologaCMOSpara el diseo de circuitos digitales integrados.Replica del primer transistor.

Modelo Ebers-Moll para transistores NPN

Modelo Ebers-Moll para transistores PNP

Complementary metal-oxide-semiconductoroCMOS (semiconductor complementario de xido metlico)es una de lasfamilias lgicas empleadas en la fabricacin decircuitos integrados. Su principal caracterstica consiste en la utilizacin conjunta detransistoresde tipopMOSy tiponMOSconfigurados de tal forma que, en estado de reposo, el consumo de energa es nicamente el debido a las corrientes parsitas, colocado obviamente en la placa base.

Buffer amplificador{Unbuffer amplificadores un dispositivo electrnico que sirve para hacer una transformacin en laimpedanciade unaseal.

Existen 2 tipos bsicos de buffers, decorrientey devoltaje.

Buffer de corriente

Se utiliza para transferir una corriente desde un primercircuito, que tiene un nivel de salida de baja impedancia, a un segundo circuito con una entrada de alta impedancia. El buffer impide que el segundo circuito cargue demasiado al primero, provocando un funcionamiento incorrecto. En un buffer ideal la impedancia de entrada es cero y la impedancia de salida es infinita.En un buffer de corriente, la ganancia suele ser 1, la corriente no vara.Buffer de voltaje

Se utiliza para transferir una tensin de un primer circuito, que tiene un nivel de salida de alta impedancia, a un segundo circuito con un nivel de entrada de baja impedancia. El buffer impide que el segundo circuito cargue demasiado al primero, provocando un funcionamiento incorrecto. En un buffer ideal, la resistencia de entrada es infinita y la resistencia de salida es 0.En un buffer de voltaje, la ganancia suele ser 1, el voltaje no vara.

ImplementacionesOperacionalUn buffer de ganancia unidad se puede construir con unamplificador operacional seguidor de tensin. La seal se introduce por la entrada no inversora del amplificador operacional (Vin), a causa de la realimentacin de la entrada inversora con la seal de salida se obtiene esa seal con el mismo voltaje.

TransistoresTambin se pueden crear este tipo de dispositivos contransistores bipolaresyNMOS.Buffers de voltajeBuffer de colector comn NPNBuffer de drenaje comn NMOS

{{Estos buffers se realizan con la configuracin de colector comn de un transistor bipolar. Estos circuitos requieren de unafuente de corriente.Buffers de corrienteBuffer con fuente de corriente (Ie), carga (Ic) y fuente de corriente Norton con resistencia Rs.

Amplificador operacional

Se trata de un dispositivo electrnico (normalmente se presenta comocircuito integrado) que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia):Vout = G(V+ V) el ms conocido y comnmente aplicado es el UA741 o LM741.El primer amplificador operacional monoltico, que data de losaos 1960, fue el Fairchild A702 (1964), diseado porBob Widlar. Le sigui el Fairchild A709 (1965), tambin de Widlar, y que constituy un gran xito comercial. Ms tarde sera sustituido por el popular Fairchild A741 (1968), de David Fullagar, y fabricado por numerosas empresas, basado en tecnologa bipolar.

Originalmente los A.O. se empleaban paraoperaciones matemticas(suma,resta,multiplicacin,divisin,integracin,derivacin, etc.) encalculadoras analgicas. De ah su nombre.

El A.O. ideal tiene unagananciainfinita, unaimpedanciade entrada infinita, unancho de bandatambin infinito, una impedancia de salida nula, un tiempo de respuesta nulo y ningnruido. Como la impedancia de entrada es infinita tambin se dice que lascorrientesde entrada son cero.

Unapuerta lgica, ocompuerta lgica, es undispositivo electrnicocon una funcinbooleana. Suman, multiplican, niegan o afirman, incluyen o excluyen segn sus propiedades lgicas. Se pueden aplicar a tecnologa electrnica, elctrica, mecnica, hidrulica y neumtica. Soncircuitos de conmutacinintegrados en unchip.Compuertas lgicas:La puerta lgicaS, realiza la funcin booleana igualdad. En la prctica se suele utilizar como amplificador de corriente o como seguidor de tensin, para adaptar impedancias (bufferen ingls).Laecuacincaracterstica que describe el comportamiento de la puerta S es:F = A

Lgica DirectaPuerta SI o BUFFERTabla de verdad puerta SIEntradaSalida0011Sutabla de verdades la siguiente:

43a) Contactos b) Normalizado c) No normalizadoSmbolo de la funcin lgica S

La puerta lgicaY, ms conocida por su nombre en inglsAND(), realiza la funcin booleana de producto lgico. Su smbolo es un punto (), aunque se suele omitir. As, el producto lgico de las variables A y B se indica como AB, y se lee A y B o simplemente A por B.Laecuacincaracterstica que describe el comportamiento de la puerta AND es:F = (A) * (B)

Puerta AND o YSutabla de verdades la siguiente:Tabla de verdad puerta ANDEntrada AEntrada BSalida A ^ B000010100111Puerta AND con transistores

a) Contactos b) Normalizado c) No normalizadoSmbolo de la funcin lgica Y:

La puerta lgicaO, ms conocida por su nombre en inglsOR, realiza la operacin de suma lgica.

Laecuacincaracterstica que describe el comportamiento de la puerta OR es:F = A + B

Puerta OR u OEntradaEntradaSalida000011101111Sutabla de verdades la siguiente:

50Puerta OR con transistores

Smbolo de la funcin lgica O

a) Contactos b) Normalizado c) No normalizadoLa puerta lgicaOR-exclusiva, ms conocida por su nombre en inglsXOR, realiza la funcin booleana A'B+AB'. Su smbolo es(signo ms "+" inscrito en un crculo). En la figura de la derecha pueden observarse sus smbolos enelectrnica.Laecuacincaracterstica que describe el comportamiento de la puerta XOR es:

F = A + B F = AB + AB

Puerta OR - Exclusiva_

_

53EntradaEntradaSalida000011101110Su tabla de verdad es la siguiente

Gracias55