1. TRANSITORES
ALUMNO :
JOSUE FOCO ROZAS
CARRERA :
INGENERIA DE SISTEMAS
PED 2002-03
4.1

2. TRANSISTORES
Símbolo. Características
Clasificación de los transistores
Transistores bipolares
Transistores unipolares
PED 2002-03
4.2

3. Características. Símbolo
Elemento triterminal: Terminal de control
Magnitud control: tensión o corriente
Funcionamiento específico: dos uniones PN
Funcionamiento en régimen permanente:
componentes de los circuitos digitales
terminal de
control i
i
A
+
T.C.
+
v
T.C.
–
i
vAB
–
B
IQ 3
IQ 2
IQ 1
PED 2002-03
VQ
v
4.3

4. Clasificación de los transistores
Transistores bipolares: BJT
Corriente: movimiento de electrones y huecos.
Magnitud de control: corriente
Dos tipos: NPN y PNP
Transistores unipolares o de efecto de campo: FET
Campo eléctrico influye en el comportamiento
Corriente: movimiento sólo de electrones o huecos, según el tipo
de transistor
Magnitud de control: diferencia de potencial
JFET
FETMOS: de canal N (electrones); de canal P (huecos)
Transistores uniunión: UJT
Muy especiales. No los veremos
PED 2002-03
4.4

5. TRANSISTORES BIPOLARES
Magnitud de control: corriente
Terminal central: corriente de control. Terminal base: B
Terminal izquierda: emisor, E
Terminal derecha: colector, C
A
i
+
i T.C.
vAB
B
P
PED 2002-03
N
i = f (v AB , iT .C . )
–
P
N
P
N
4.5

6. Tipos de transistores bipolares
transistor bipolar NPN
transistor bipolar PNP
C
C
colector
colector
B
B
base
emisor
E
base
emisor
E
Sentido flecha: de P hacia N
PED 2002-03
4.6

7. Magnitudes en los transistores bipolares
Seis magnitudes a relacionar
Corriente en cada terminal: IC, IB , IE
Diferencias potencial entre terminales: VBE, VBC , VCE
Dos ecuaciones de comportamiento
Convenio para el sentido de las corrientes y signo de las tensiones
NPN
VBC
IB
B
–C
+
VCE
–
–
E
IE
PED 2002-03
–
IB
+
+
VBE
PNP
IC
B
VCB
+
C
–
VEC
–
VEB
IC
+
E
+
IE
4.7

8. Ecuaciones de comportamiento de los t. bipolares
IC
RC
VBC –
+
RB
VBB
PED 2002-03
+
–
+
IB
VBE –
IB
IC
IC
+
+
–
VCE
VCC
–
IE
IC
4.8

9. Ecuaciones de comportamiento de los t. bipolares
I E = I B + IC
V BC = VBE − VCE
V BB = RB I B + V BE
IC = f (VCE , I B )
V CC = RC IC + VCE
I B = g(VBE , VCE )
Ecuaciones comportamiento: análisis experimental
Simplificando: punto operación del transistor Q(IB,
PED 2002-03
IC, VBE, VCE)
4.9

10. Curvas características: dos
I B = g(VBE , VCE )
VCE poca influencia. Se simplifica.
IB
IB
VBE
PED 2002-03
IB = g(VBE )
VBE
4.10

11. IC = f (VCE , I B )
mA
IB =100 µA
IC
12
IB =80 µA
10
IB =60 µA
8
6
IB =40 µA
4
IB =20 µA
2
0
PED 2002-03
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
V
VCE
4.11

12. Zonas de funcionamiento del transistor bipolar
Un transistor tiene dos uniones PN, 4 posibles polarizaciones:
unión BE
IP
IP
DP
DP
unión BC
IP
DP
IP
DP
Distinguir entre E y C?
Polarización relativa determina quién funciona como E y quién como C
E y C no son exactamente iguales a nivel físico
Funcionamiento directo o normal (NPN): VBE> VBC
Funcionamiento inverso (NPN): VBE< VBC
Habitualmente: funcionamiento directo
Posible con tres de las cuatro opciones
Tres zonas de funcionamiento
– Corte
– Región Activa Normal (R.A.N.)
– Saturación
PED 2002-03
4.12

13. 1. Corte
BE y BC en I.P.
Por tanto VBE ≤ 0,7 V y VBC ≤ 0,7 V (se suele comprobar sólo VBE ≤ 0,7 V)
En I.P. no circula corriente, por tanto: IC = 0 A IB = 0 A (por tanto IE = 0 A)
Ya tenemos las dos ecuaciones que nos faltaban
Resumiendo:
condición
VBE ≤ 0,7 V
PED 2002-03
ecuación
⇒
IC = 0 , IB = 0
4.13

14. 2. Región Activa Normal (R.A.N.)
BE en D.P., BC en I.P
Sólo una unión en D.P. pero corriente en ambas. Aún así IB << IC
BE en D.P., por tanto, VBE = 0,7 V (una ecuación más)
Otra ecuación: analizando las curvas características del transistor
Conclusión análisis: IC/IB = ß ( nueva ecuación, ß “ganancia de corriente”)
Varía según el tipo de transistor. Consideraremos 100
Verificación de esta zona implica comprobar unión BC en I.P: comprobar VBC
≤ 0,5 V (no 0,7 como en una unión aislada). Equivalente: VCE ≥ 0,2 V
condición
VCE ≥ 0,2 V
PED 2002-03
⇒
ecuación I
C
=β
VBE = 0,7 V , I
B
4.14

15. 3. Saturación
BE y BC en D.P.
Corriente en las dos uniones, IB mayor que antes
Ambas uniones en D.P.: VBE = 0,7 V y VCE = 0,2 V
No relación constante anterior
Verificación de esta zona implica comprobar IC/IB ≤ ß
condición
IC
≤β
IB
PED 2002-03
⇒
ecuación
VBE = 0,7 V
VCE = 0,2 V
4.15

16. Zonas de funcionamiento en la curva característica
mA IC
IB = 100 µA
12
8
6
IB = 80 µA
Saturación
10
IB = 60 µA
R.A.N.
IB = 40 µA
4
IB = 20 µA
2
0
PED 2002-03
Corte
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
VCE V
4.16

17. Aproximación realizada
IC
IB4
IB3
IB2
IB1
0,2 V
PED 2002-03
VCE
4.17

18. Resolución gráfica de circuitos con transistores
Conocemos curvas (IB ,VBE) y (IC ,VCE) del transistor
Circuito de entrada
IB
V BB
B
RB
+
V BE
"carga" del
circuito de
entrada
–
E
V BB = RB I B + V BE
V BB
1
IB =
−
⋅V BE
RB
RB
PED 2002-03
RECTA DE CARGA de entrada
4.18

19. IB
VBE
PED 2002-03
4.19

20. Circuito de salida
V CC
IC
RC
C
+
"carga" del
circuito de V CE
salida
E
–
V CC = RC IC + VCE
VCC
1
IC =
−
⋅ VCE
RC
RC
PED 2002-03
RECTA DE CARGA de salida
4.20

21. IC
IB5
IB4
IB3
IB2 =IBQ
IB1
VCE
PED 2002-03
4.21

22. TRANSISTORES UNIPOLARES O DE EFECTO DE CAMPO
Campo eléctrico influye en el comportamiento
Corriente: movimiento sólo de electrones o huecos, según tipo
Magnitud de control: diferencia de potencial
JFET
FETMOS: de canal N (electrones); de canal P (huecos)
A
i
+
T.C.
v AB
+
–
vT.C.
–
PED 2002-03
i = f (v AB , v T.C. )
B
4.22

23. JFET, transistores de efecto de campo de unión
transistor JFET de canal N
D drenador
transistor JFET de canal P
D drenador
G
G
puerta
S fuente
puerta
S fuente
Otros símbolos
transistor JFET de canal N
PED 2002-03
transistor JFET de canal P
4.23

24. Magnitudes de los JFET
Tres magnitudes para analizar comportamiento: ID, VDS y VGS (t. control)
Funcionamiento adecuado: dos uniones PN en I.P
Canal N: VGS < 0. Canal P: VGS > 0
Portadores de carga de fuente hacia drenador, generan ID
Corriente IG =0. Por tanto: IS= ID
canal P
canal N
(> 0)
IG = 0
D
ID +
G
VDS
+
VGS
(< 0)
PED 2002-03
–
S
–
IG = 0
+
VGS –
S
+
VSD
G
D
ID
–
4.24

25. Curvas de transferencia en los JFET
Punto de operación: Q( IDQ, VDSQ, VGSQ)
Corriente ID depende de las dos tensiones: ID = f(VGS,VDS)
Circuito para analizar el funcionamiento
ID
IG = 0
–
VGG +
(variable)
PED 2002-03
D
G
VDS
+
VGS
+
–S
–
RD
+
–
VDD
(variable)
4.25

26. Dos curvas
* Curva 1: manteniendo VDS, ID sat= f(VGS)
ID
IDSS
IDsat
V GSoff (< 0 siempre) V GSQ

VGS
I Dsat = I DSS ⋅ 1 −
 VGSoff





2
V GS
IDSS  corriente de saturación (VGS=0)
VGSoff  tensión de estrangulamiento (canal desaparece, ID = 0)
PED 2002-03
4.26

27. IDSS
ID
zona
óhm
ica
* Curva 2: para distintos valores de VGS, ID = f(VDS)
V GS = 0 V
Saturación
V GS = −1 V
V GS = −2 V
IDsat
Vgs=-2
Corte
V VDSS
DSsat
V GS ≤ VGSoff ( < 0 )
V DS
Vgs=-2
IDSS  corriente de saturación (VGS=0)
VGSoff  tensión de estrangulamiento (canal desaparece, ID = 0)
PED 2002-03
4.27

28. Tres zonas de funcionamiento:
condición ecuación
CORTE:
VGSQ≤ VGSoff
ZONA OHMICA:
VGSoff ≤ VGSQ ≤ 0 ID = VDSS / RDS
VDSQ≤ VDSsat
ID = 0
RDS = VDSS / IDSS
SATURACIÓN:
VGSoff ≤ VGSQ ≤ 0 ID = K IDSS
VDSQ ≥ VDSsat

VGSQ 
K = 1 −

VGSoff 

VDSS  tensión para estrangular el canal : |VGSoff|
2
VDSsat  frontera entre zona óhmica y saturación (no constante)
2
V DSsat
PED 2002-03

VGSQ 
= 1 −
 VGSoff
V GSoff 

4.28

29. MOS, transistores metal-óxido-semiconductor
NMOS de enriquecimiento
PMOS de enriquecimiento
D
D
drenador
drenador
B
G
puerta
sustrato
B
G
puerta
sustrato
S
S
fuente
fuente
NMOS de empobrecimiento
PMOS de empobrecimiento
D
D
drenador
drenador
G
puerta
B
sustrato
S
fuente
PED 2002-03
B
G
sustrato
puerta
S
fuente
4.29

30. Otros símbolos
transistores de enriquecimiento
PMOS
NMOS
transistores de empobrecimiento
PMOS
NMOS
Enriquecimiento: D y S físicamente separadas
Empobrecimiento: entre D y S siempre hay canal
B, sustrato (bulk). No es un terminal, sino la base física sobre la que se
ha construido el MOS. Normalmente se conecta a S
PED 2002-03
4.30

31. Magnitudes de los MOS
Tres magnitudes para analizar comportamiento: ID, VDS y VGS (t. control)
Corriente IG =0 siempre, no dependiendo de la polarización
Polarización adecuada para crear canal entre S y D (enriquecimiento) o
para estrechar el canal existente (empobrecimiento)
PMOS de enriquecimiento
(< 0)
NMOS de enriquecimiento
IG = 0
+
G
+V
VDS
GS
(> 0)
PED 2002-03
ID
D
–
S
–
IG = 0
+
VGS –
S
+
VSD
G
–
D
ID
4.31

32. Curvas de transferencia en los MOS
Punto de operación: Q( IDQ, VDSQ, VGSQ)
Corriente ID depende de las dos tensiones: ID = f(VGS,VDS)
Obtenemos esa curva experimentalmente, al igual que antes, con un circuito similar
* Curva 1: manteniendo VDS, ID = f(VGS) (transistor en saturación)
NMOS de enriquecimiento
ID
 V GS − V T 
I D = I Don ⋅ 

 V GSon − VT 
IDon
VT
PED 2002-03
V GSon
2
V GS
4.32

33. * Curva 2: para distintos valores de VGS, ID = f(VDS)
Zon
a óh
mica
ID
NMOS de enriquecimiento
V GS =15 V
V GSQ
IDsat
Saturación
V DSsat
PED 2002-03
Corte
V GS =10 V
V GS =5 V
V GS ≤VT
V DS
4.33

34. MOS enriquecimiento, tres zonas de funcionamiento:
condición
ecuación
CORTE:
VGSQ≤ VT
ID = 0
ZONA OHMICA:
VGSQ ≥ VT
ID = VDSS / RDS
VDSQ≤ VDSsat
SATURACIÓN:
VGSQ ≥ VT
VDSQ ≥ VDSsat
PED 2002-03
ID = K IDon
 VGS − VT 
K =
V GSon − V T 


2
4.34