transistores bipolares arisfer
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electrónica ITRANSCRIPT
República Bolivariana de Venezuela
Instituto Universitario de Tecnología Antonio José de Sucre
Extensión San Felipe
Br, Arisfer Pinto
CI 22313932
Esc 70
Noviembre 2015
TRANSISTOR
ES BIPOLARES
DE UNIÓN
El transistor
Es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para entregar una
señal de salida en respuesta a una señal de entrada.1 Cumple funciones de
amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término «transistor» es la
contracción en inglés de transfer resistor («resistor de transferencia»).
Actualmente se encuentran prácticamente en todos los aparatos electrónicos
de uso diario: radios, televisores, reproductores de audio y video, relojes de
cuarzo, computadoras, lámparas fluorescentes, tomógrafos, teléfonos
celulares, entre otros.
Tipos de transistores
Transistores de baja potencia
Transistores de potencia
En electrónica es muy habitual el hablar de transistores de baja potencia
(pequeña señal) y de transistores de potencia (gran señal). Es una forma muy
sencilla de diferenciar a los transistores que trabajan con potencias
relativamente pequeñas de los transistores que trabajan con potencias
mayores.
Transistores de baja potencia
Se le llama transistor de baja potencia, o pequeña señal, al transistor
que tiene una intensidad pequeña (IC pequeña), lo que corresponde a una
potencia menor de 0,5 W. En este tipo de transistores interesará obtener bcc
grandes (bcc = 100 ÷ 300).
Transistores de potencia
Se le llama transistor de potencia al transistor que tiene una intensidad
grande (IC grande), lo que corresponde a una potencia mayor de 0,5 W. En
este tipo de transistores la bcc que se puede obtener en su fabricación suele
ser bastante menor que en los de baja potencia (bcc = 20 ÷ 100).
Curva característica de entrada
Si variamos el valor de la pila VBB de la malla de entrada, tomando valores de
IB y VBE podemos obtener la característica de (la malla de) entrada.
Como vemos, en la característica del diodo base-emisor, y tiene una forma
exponencial.
Analizamos la malla de salida y obtenemos distintas curvas para
diferentes valores de IB.
Ajustando VBB fijo un valor de IB que voy a mantener constante (por
ejemplo IB = 10 mA). Ahora variando VCC mido valores de VBE y IC y obtengo
la correspondiente curva de IB = 10 mA. Hago lo mismo para IB = 20 mA, etc...
Y así sucesivamente para diferentes valores de IB.
UE = diodo EB = Unión de Emisor.
UC = diodo CB = Unión de Colector.
Zona entre 1 y 2: ZONA DE SATURACIÓN.
UE directa.
UC directa.
Zona entre 2 y 3: ZONA ACTIVA.
UE directa.
UC inversa.
Zona a partir de 3: ZONA DE RUPTURA.
UE directa.
UC muy en inversa.
Recordar que en activa conociendo el valor de IB se puede calcular la IC
(IC = bcc · IB).
La zona de corte es desde IB = 0 hacia abajo (zona rallada) y no conduce
Transistor de contacto puntual
Primer transistor, consta de una base de germanio semiconductor, sobre la que
se apoyan, muy juntas, dos puntas metálicas que constituyen el emisor y el
colector. La corriente de base es capaz de modular la resistencia que se "ve"
en el colector.
Es difícil de fabricar (las puntas se ajustaban a mano), frágil (un golpe podía
desplazar las puntas) y ruidoso, en la actualidad ha desaparecido
Transistor de unión bipolar
El transistor de unión, se fabrica básicamente sobre un monocristal de
Germanio o Silicio, que tienen cualidades de semiconductores, estado
intermedio entre conductores como los metales y los aislantes como el
diamante. Sobre el sustrato de cristal, se contaminan en forma muy controlada
tres zonas, dos de las cuales son del mismo tipo, NPN o PNP, quedando
formadas dos uniones NP.
La zona N con donantes de electrones (cargas negativas) y la zona P de
aceptadores (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).
La 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 (impurezas adicionadas
intencionalmente) entre ellas (por lo general, el emisor está mucho más
contaminado que el colector)
Transistor de efecto de campo
El transistor de efecto campo es una familia de transistores que se basan en el
campo eléctrico para controlar la conductividad de un "canal" en un material
semiconductor. Los FET pueden plantearse como resistencias controladas por
diferencia de potencial.
La mayoría de los FET están hechos usando las técnicas de procesado de
semiconductores habituales, empleando la oblea monocristalina
semiconductora como la región activa o canal.
Los transistores de efecto de campo más conocidos son los JFET, MOSFET y
MISFET.
Fototransistor
Sensible a la luz, normalmente a los infrarrojos. La luz incide sobre la región de
base, generando portadores en ella. Esta carga de base lleva el transistor al
estado de conducción. El fototransistor es más sensible que el fotodiodo por el
efecto de ganancia propio del transistor.
Un fototransistor es igual a un transistor común, con la diferencia que el
primero puede trabajar de 2 formas:
1.- Como transistor normal con la corriente de base Ib (modo común).
2.- Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace las
veces de corriente de base. Ip (modo de iluminación).
Se han utilizado en lectores de cinta y tarjetas perforadas, lápices ópticos, etc.
Para comunicaciones con fibra óptica se prefiere usar detectores con
fotodiodos p-i-n. También se pueden utilizar en la detección de objetos
cercanos cuando forman parte de un sensor de proximidad.
Se utilizan ampliamente encapsulados conjuntamente con un LED, formando
interruptores ópticos (opto-switch), que detectan la interrupción del haz de luz
por un objeto. Existen en dos versiones: de transmisión y de reflexión.
¿Qué es un BJT y cuáles son sus parámetros?
El transistor de unión bipolar (del inglés bipolar junction transistor, o sus siglas
BJT) es un dispositivo electrónico de estado sólido consistente en dos uniones
PN muy cercanas entre sí, que permite controlar el paso de la corriente a
través de sus terminales. La denominación de bipolar se debe a que la
conducción tiene lugar gracias al desplazamiento de portadores de dos
polaridades (huecos positivos y electrones negativos), y son de gran utilidad en
gran número de aplicaciones; pero tienen ciertos inconvenientes, entre ellos su
impedancia de entrada bastante baja.
Los transistores bipolares son los transistores más conocidos y se usan
generalmente en electrónica analógica aunque también en algunas
aplicaciones de electrónica digital, como la tecnología TTL o BICMOS.
Parámetros
La ganancia de corriente de cd de un transistor es el cociente de la
corriente de cd del colector (IC) entre la corriente de cd de la base (IB) y se
expresa como beta de cd(CD)<br />βCD=IC/I<br />Valores Típicos de CD van
desde 20 hasta 200 o más<br />hFE= βCD<br />
El cociente de la corriente de cd del colector (IC) entre la corriente de cd del
emisor (IE) es el alfa de cdα CD.<br />αCD= IC/IE<br /> Valores Típicos van
desde 0.95 hasta 0.99 o más, aunque por lo general es menor a 1
¿Cuál es la Región de Operación de un BJT?
La polarización del bjt se realiza mediante tensión continua y consiste en
preparar el transistor para que trabaje en la región activa dentro de un circuito
en el cual se le quiere utilizar, se busca que a través del colector circule una
cantidad de corriente IC, y a su vez se obtenga una tensión entre el colector y
el emisor VCE para esa cantidad de corriente IC, a esto se le llama obtener el
punto de operación o punto Q del transistor. La corriente IC va depender de la
corriente en la base IB que exista en la malla de entrada, esto porque IC=β*IB,
la VCE dependerá de la malla de salida del circuito, para ver esto será de
utilidad uso de las curvas características y la ecuación de recta de carga.
Para realizar los circuitos de polarización del bjt es importante tener en cuenta
siempre las siguientes características vistas anteriormente que son IC=β*IB,
IE=IC+IB pero para los cálculos se asume que IE≈IC esto porque IB es muy
pequeña en comparación con IC, y ademas que la tensión base emisor
VBE=0,7V.
Punto de operación
se puede ubicar en cualquier lugar de la región activa, eso va depender
de lo que se quiera que haga el transistor, normalmente cuando se está
estudiando se dice de polarizarlo en la parte media de la recta de carga, esto
es así porque cuando se utiliza el transistor como amplificador de señales
analógicas se desea que la señal amplificada no se obtenga distorsionada,
cuando se comente sobre amplificaciones se verá esto.
Se verán 3 tipos de polarización del bjt los cuales son:
Polarización fija del bjt.
Polarización estabilizada en el emisor.
Polarización por divisor de tensión.
Polarización del bjt: polarización fija o en emisor común.
Polarización del bjt polarización fijaEl arreglo para este tipo de polarización del
bjt es el que se muestra en la figura, de ella se obtendrán las ecuaciónes
necesarias para resolver este tipo de polarización, de la malla de la entrada se
tiene:
VCC=IB*RB+VBE, si el valor de VCC es conocido y a la vez se conoce RB se
tendrá
IB=(VCC-0,7)/RB con la cual se puede hallar IB
si lo que se conoce es IB, entonces
RB=(VCC-0,7)/IB con la cual se puede hallar RB.
además se sabe que IC=β*IB
De la malla de salida se tiene
VCC=IC*RC+VCE de aquí
VCE=VCC-IC*RC que viene a ser la ecuación de la recta de carga
Es con las ecuaciones obtenidas y con la curva característica de salida con las
que se pueden resolver y diseñar este tipo de circuitos para la polarización del
bjt en la región activa.
Polarización del bjt: Estabilizado en el emisor
polarización del bjt estabilizado en el emisorEste tipo de polarización se
diferencia del anterior en que en el emisor se coloca una resistencia RE, con
esta resistencia se logra que el circuito sea mas estable en comparación con el
de la polarización fija.
Se asume que VCC y el β son valores que se conocen, luego dee la malla de
entrada se tiene:
VCC=IB*RB+VBE+IE*RE pero IE≈IC, entonces
VCC=IB*RB+VBE+IC*RE pero IC=β*IB, luego
VCC=IB*RB+0,7+β*IB,*RE, despejando IB
IB=(VCC-0,7)/(RB+β*RE)
a β*RE se le conoce como resistencia de entrada de la base, es un valor muy
importante, se usará mucho en amplificaciones, esto lo que indica es que la
base ve a la resistencia del emisor aumentada en β veces.
De la malla de salida se tiene
VCC=IC*RC+VCE+IE*RE pero IE≈IC, entonces
VCC=IC*RC+VCE+IC*RE de aquí
VCE=VCC-IC*(RC+RE) que viene a ser la ecuación de la recta de carga para
este circuito
Polarización del bjt: Divisor de tensión.
Polarización del bjt divisor de tensión. Este tipo de polarización es la mas
estable en comparación con las dos anteriores, esto es porque cuando el
circuito está bien diseñado este casi no se ve afectado por el cambio en el valor
de β, pero para que eso ocurra se tiene que cumplir la siguiente condición:
β*RE ≥ 10*R2
esto para que la base vea a RE aumentada en β veces, luego para la malla de
entrada si R2≤(β*RE/10), a la corriente que circule por R1 le será mas fácil ir a
tierra a través de R2 que a través de RE, es decir la corriente que circule por
R2 será prácticamente la misma que circule por R1, entonces el camino
formado por R1 y R2 será un divisor de tensión, por lo tanto se tiene que
cumplir:
VB=(VCC*R2)/(R1+R2)
con lo cual el valor de la tensión de la base VB se conoce, luego como
VBE=VB-VE=0,7 la tensión del emisor VE es VE=VB-0,7 y con esto se puede
hallar la corriente del emisor que es
IE=VE/RE pero IC≈IE entonces IC=VE/RE esto es
IC=(VB-0,7)/RE
De la malla de salida se tiene
VCC=IC*RC+VCE+IE*RE pero IE≈IC, entonces VCC=IC*RC+VCE+IC*RE de
aquí
VCE=VCC-IC*(RC+RE) que viene a ser la ecuación de la recta de carga para
este circuito.
¿Cuáles son las configuraciones para un BJT?
Los transistores son elementos muy versátiles. Podemos conectarlos
dentro de un circuito de muy diferentes maneras, obteniendo distintos
comportamientos. Por ejemplo se puede conseguir ganancia en tensión, en
intensidad o en ambas, según la clase configuración. Hay tres tipos de
configuraciones básicas del transistor BJT: emisor común, colector común y
base común.
Ejercicio para las diferentes configuraciones del BJT
Un transistor BJT del tipo NPN con β =100, se conecta a una pila de 30 V de la siguiente manera: el colector se conecta al terminal positivo de la pila a través de una resistencia de 330 ohmios . La base tambiénn se conecta al mismo terminal positivo de la pila a través de una resistencia de 560 kohmios. El emisor de conecta directamente al terminal negativo de la pila. Calcule la tensión entre colector y emisor.