Tipos de transistores

BJTJFET

MOSFET

Fecha de elaboración: 24 de Mayo de 2011

Fecha de entrega :26 de Mayo de 2011

GIOVANI HERNADEZ VIGUERAS

BJT

O npn O pnp

E

NPN

C

B

Figura 1.1 BJT npn

E

PNP

C

B

símbolos

Figura 1.2 BJT pnp

Curvas características

Fig.1.3 curva característica de un BJT npn ic-VBE

Fig.1.4 curva característica de un ic-VCE BJT en particular

modos de operación

Operación del transistor npn en el modo activo

Se usan dos fuentes externas de voltaje para crear las condiciones necesarias de polarización para operación en modo activo ,el voltaje VBE ocasiona que la base tipo p se encuentre a un potencial mas alto que el emisor tipo n con lo cual se polariza directamente la unión entre emisor y base.

El voltaje entre colector base VCB ocasiona que el colector tipo n se encuentre mas alto en potencial que la base tipo p con lo cual se polariza inversamente la unión base colector

En la fig1.6. de la izquierda se muestran la polaridades de voltaje y circulación de corriente en los transistores polarizados en modo activo

Relaciones entre corriente y voltaje

IC=IS IB=IE=

Zona de corte funciona cuando la unión B-E se polariza inversamente o no se polariza y la B-C se polariza inversamente.En este modo el transistor se utiliza para aplicaciones de conmutación «potencia circuitos digitales «

Zona de saturación funciona cuando se polarizan ambas uniones directamente

Fig. 1.5

Fig. 1.6

Fig. 1.7

Fig. 1.8

Configuraciones básicas

Base común

Se le llama base común por el hecho de que la base es común a los lados de entrada y salida de la configuración. Además la base es usualmente la mas cercana o en un potencial de tierra.

emisor común

El valor de (β) puede relacionarse con el valor de a partir de

la ecuación de corrientes del BJT. IE=IC+IB, IE= y IB=

Sustituyendo los valores de IE e Ic en la ecuación de

corrientes se tiene

= =1+

Con lo que y

Figura1.12Configuración emisor común (a)NPN (b)PNP

Fig. 1.9 Fig. 1.11

colector común La tercera y ultima configuración de transistor es la de colector común. . La configuración de colector común se emplea fundamentalmente para propósitos de acoplamiento de impedancia ya que tiene una elevada impedancia de entrada y una baja impedancia de salida ,lo que permite el uso de esta configuración como convertidor de impedancias y como aislador.

Figura 1.13 configuración de colector común empleada para propósitos de acoplamiento de impedancia

Polarización fija

Estabilizada de emisor

Figura 1.15 circuito de polarización para BJT con resistor en el emisor.

Polarización por división de tensión

Este tipo de polarización es la mas ampliamente utilizada en circuitos lineales por este motivo algunas veces se le conoce como polarización universaEste tipo de polarización es mejor que las anteriores , pues proporciona mayor estabilidad del punto de operación con respecto de cambios en l.

Fig. 1.14

Fig. 1.16

Transistor de efecto de campo FET

O Es un dispositivo controlado por voltajeO De canal n y canal p .

O El FET es un dispositivo unipolar

que depende solo de electrones

(canal n) o de huecos(canal p).

O Efecto de campo para el caso

del FET se establece un campo

eléctrico mediante las cargas

presentes , que controlara la

trayectoria de conducción del

circuito de salida sin la

necesidad de un contacto directo

entre las cantidades

controladoras y controladas

Símbolos Símbolos del JFET a)canal-n b)canal-p

Fig. 2.0 componentes del JFET

Fig. 2.1

Construcción y características de los JFET

Fig. 2.2 Construcción básica del JFET de canal n

Fig. 2.3 Características del JFET de canal n con IDSS=8mA y VP=-4

El nivel de VGS que da por resultado ID=0mA se encuentra determinado por VGS=VP

siendo un voltaje negativo para los dispositivos de canal n y un voltaje positivo para los

de canal p.

IDSS se deriva del hacho de que la corriente del drenaje a la fuente con una conexión

de cortocircuito de la entrada a la fuente.

IDSS es la corriente máxima de drenaje para un JFET y esta definida mediante las

condiciones VGS=0 y VDS>|VP|

Resistor controlado por voltaje a la región ala izquierda del estrechamiento en la grafica

se le conoce como región óhmica o de resistencia controlada por voltaje.

Aproximación del nivel de resistencia en términos del voltaje aplicado VGS

JFET de canal p

Esta constituido exactamente de la misma manera que el de canal n solo con una

inversión de los materiales tipo p y n

Fig. 2.4 JFET de canal p

Fig. 2.5 Características de un JFET de canal p con IDSS de 6 mA y VP de 6 V

Ecuación de ShockleySe puede obtener la curva de transferencia utilizando la ecuación de shockley

MOSO El transistor de efecto de campo MOS debe su nombre a la estructura de su parte central

metal-oxido- semiconductor. Desde que fue creado en lo 60s ha ido incrementando su presencia en los circuitos electrónicos, hasta ser el dispositivo mas usado en los circuitos electrónicos fabricados en la ultima década. Aunque su principio de operación fue ideado hace mas de sesenta años, dificultades tecnológicas impidieron su realización de manera fiable y repetitiva. Su predominio actual se debe a su capacidad de miniaturización y a la posibilidad de realizar con el circuitos que consumen muy poca potencia.

• El MOS también denominado MOSFET ( Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).• Tiene tres terminales llamados Drenador(D) ,Puerta(G) y surtidor o fuente(S) .la corriente que

circula entre Drenador y surtidor es controlada por la tensión aplicada a la puerta. Este transistor tiene de echo otra terminal (B del ingles BULK) conectado al sustrato al que suele aplicársele una tensión fija.

funcionamientoCuando se aplica una tensión positiva al terminal de puerta se crea un campo eléctrico entre las placas del condensador que incide perpendicularmente sobre la superficie del semiconductor. Este campo eléctrico atrae cargas negativas hacia la superficie y repele las positivas, si el campo eléctrico tiene la intensidad suficiente logra crear , en la proximidad de la superficie del semiconductor , una región muy rica en cargas negativas que se denomina canal n ,este canal conecta dos regiones n y permite el paso de corriente entre Drenador y surtidor

Fig.3.1 Símbolo del MOS canal n Fig.3.2 Característica ID(VGS)

Fig.3.3 Transistor MOS de acumulación de canal P

Fig3.4Estructura física

Fig.3.5 Característica ID(VGS)

Curvas característicasO Se presentan las curvas

características de un MOS de canal N

O Para cada valor de VGS ha y una curva de la corriente de Drenador en función de la tensión entre Drenador y surtidor. Para VGS menor o igual a VT las curvas coinciden con el eje de las abscisas : la corriente de Drenador es nula . A medida que VGS aumenta por encima de VT la corriente va creciendo

Fig3.6 Curvas características de Drenador de un MOS canal N

Representación de las ecuaciones del transistor MOS

Fig.3.6.1región óhmica

Fig.3.6.2 región de saturación

MOSFET de tipo decremental de canal -n

O Construcción básica

Fig. 3.7

Operación básica y características

En la figura el voltaje compuerta –

fuente se hace cero volts mediante la

conexión directa de ambas terminales

y se aplica un voltaje VDS a través de

las terminales drenaje-fuente. El

resultado es una atracción por el

potencial positivo del drenaje para los

electrones libres del canal –n .

3.9 Características de drenaje y de transferencia para un MOSFET de tipo decremental de canal-n

Fig. 3.8

MOSFET de tipo decremental de canal-p

La construcción de un MOSFET de tipo decremental de canal p es exactamente inverso al de tipo nLas terminales permanecen como las tenemos identificadas , pero todas las polaridades de los voltajes y las direcciones de las corrientes están invertidas

FIG,4 MOSFET decremental de canal tipo p

Las características de drenaje podrían ser

iguales que en la fig.3.9b pero con valores

negativos de VDS e ID positiva y vgs con

polaridades opuestas.

fig.4.1 (a) ( b)

Símbolos

Fig.4.2a) MOSFET de tipo decremental de canal n b)MOSFET de tipo decremental de canal p

MOSFET de tipo decremental

Aunque existen muchas similitudes entre los MOSFET de tipo decremental, las características del MOSFET de tipo incremental son bastante diferentes . la curva de transferencia no esta definida por la ecuación de shockley, y la corriente de drenaje ahora esta en corte hasta que el voltaje compuerta fuente alcance una magnitud especifica .entonces el control de corriente en un dispositivo de canal n ahora resulta afectado por un voltaje compuerta fuente positivo en lugar del rango de voltajes negativos .

construcción básica MOSFET de tipo incremental de canal n .

Si VGS se hace 0 y se aplica un voltaje entre el drenaje y la fuente del dispositivo de esta figura la ausencia de un canal n dar como resultado una corriente de 0 amperes una diferencia grande con el de tipo decremental donde ID=IDSS.

Fig. 4.3

VDG=VDS-VGSVDSsat=VGS-VT

Fig.4.4 Características de un drenaje de un MOSFET de tipo incremental de canal n con VT=2 y =0.278x103 A/

Para los niveles de VGS>VT la corriente de drenaje esta relacionada al voltaje compuerta

fuente aplicado mediante la siguiente ecuación no lineal. El termino k es una constante

que , a su vez es una función de la fabricación del dispositivo el valor de k se puede calcular

mediante la siguiente ecuación

Fig. 4.5

MOSFET de tipo incremental de canal p

Símbolos MOSFET de tipo incremental de

canal n y MOSFET de tipo

incremental de canal p

sucesivamente

Ventajas del MOSFET

-los reducidos niveles de manejo

de potencia

Por lo general menos de 1W

Fig. 4.6

Arreglo para polarización fija del JFET de canal n

O IG

O VRG=IGRG=(0A)RGO la caída de 0 volts a través de

RG permite remplazar VG por un cortocircuito equivalente como el que aparece en la siguiente figura para el análisis en DC.

O Al aplicar LVK en la malla indicada en la figura se tiene

O -VGG-VGS=0O Y VGS =-VGG ambos son

magnitudes fijasO El nivel de corriente de drenaje

resultante lo controla la ecuación de shock ley:

O Voltaje drenaje a la fuente VDS=VDD-IDRD

Fig. 4.7

Configuración de auto polarización

O Esta configuración elimina la necesidad de dos fuentes de DC.El voltaje de control de la compuerta a la fuente ahora lo determina el voltaje a través del resistor RS que se conecta en la terminal de la fuente de la configuración

O La corriente a través de Rs es la corriente de la fuente Is pero Is=ID

O Para l lazo que indico la figura para el analisien dc VGS=-IDRS

Fig. 4.8

Fig. 4.9

Polarización por división de voltaje

Para simplificar el análisis de malla en la compuerta encontraremos el circuito equivalente de Thevenin

Donde RG=R1||R2

VGG=

La ecuación que representa la recta de polarización es

IDS= esta ecuación puede escribirse como Es una recta con pendiente negativa y con la ordenada en el origen a como se observa en la siguiente figura

Fig. 5

Fig. 5.1

Este tipo de polarización es mejor que las anteriores debido a que el aumento en IDSQ es menor , sin embargo para conseguir esto es necesario aplicar valores elevados de VDD para que VGG sea lo mas grande posible y haga el punto de operación mas estable.

Análisis en la malla de dren VDD=VRD+VDS+VRS

VDD=IDS(RD+RS)+VDS IDS=

Recta de carga

Fig. 5.2

Fig. 5.3

bibliografía

[1]ELECTRONICA TEORIA DE CIRCUITOS Y DISPOSITIVOS ELECTRONICOS,ROBERT L BOYLESTAD ,LOUIS NASHELSKY,PEARSON EDUCACION,OCTAVA EDICION

[2] CIRCUITOS Y DISPOSITIVOS ELECTRONICOS FUNDAMENTOS DE ELECTRONICA,LLUIS PRAT VIÑAS,EDICIONS UPC ,1999,SEXTA EDICION

[3]CONSULTA EN : TIPOS DE POLARIZACION DEL BJT,ING. JOSE MANUEL GLEZ.ROJAS