Transistores: Características, tipos y zonas de funcionamiento
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Este documento describe los diferentes tipos de transistores, sus características y funcionamiento. Explica que existen dos tipos principales de transistores: bipolares y de efecto de campo. Los bipolares incluyen los NPN y PNP y se controlan mediante la corriente de base. Los de efecto de campo incluyen JFET y MOSFET y se controlan mediante la tensión de puerta. También describe las ecuaciones y curvas características que rigen el comportamiento de cada tipo de transistor.
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- 2. 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 A B + – terminal de control + – i v iT.C. vAB T.C. v i VQ IQ1 IQ2 IQ3
- 3. TRANSISTOR JFET N-CH 30V TO-92 - 2N5638RLRAG Especificaciones Técnicas
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- 8. 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) CLASIFICACION DE LOS TRANSISTORES Transistores uniunión: UJT • Muy especiales. No los veremos
- 9. • Magnitud de control: corriente • Terminal central: corriente de control. Terminal base: B • Terminal izquierda: emisor, E • Terminal derecha: colector, C TRANSISTORES BIPOLARES A B + – vAB i iT.C. ),( ..CTAB ivfi = P PN N NP
- 10. • Sentido flecha: de P hacia N Tipos de transistores bipolares B C E transistor bipolar NPN colector emisor base transistor bipolar PNP C colector E emisor B base
- 11. • 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 Magnitudes en los transistores bipolares E B C + + + PNP IB IC IE – – – VEB VEC VCB B C E + + + NPN –– – VBE VCE VBC IB IC IE
- 12. Ecuaciones de comportamiento de los t. bipolares ++ + + – + – – – –VBB VCC RC RB IB IC IE IB IC IC IC VBE VCE VBC
- 13. Ecuaciones de comportamiento de los t. bipolares IC = f(VCE ,IB) IB = g(VBE ,VCE ) IE = IB + IC VBC = VBE − VCE VBB = RBIB +VBE VCC = RC IC + VCE • Ecuaciones comportamiento: análisis experimental • Simplificando: punto operación del transistor Q(IB, IC, VBE, VCE)
- 14. Curvas características: dos IB = g(VBE ,VCE ) • VCE poca influencia. Se simplifica. IB VBE IB VBE IB = g(VBE)
- 15. 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
- 16. 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 ecuación VBE ≤ 0,7 V ⇒ IC = 0 , IB = 0
- 17. 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 ecuación VCE ≥ 0,2 V ⇒ VBE = 0,7 V , IC IB = β
- 18. 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 ecuación ⇒ VBE = 0,7 V VCE = 0,2 V IC IB ≤ β
- 19. 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 B + – + – T.C. vAB i vT.C. i = f (vAB,vT.C. )
- 20. JFET, transistores de efecto de campo de unión transistor JFET de canal N G D S drenador fuente puerta G D S drenador fuente puerta transistor JFET de canal P transistor JFET de canal N transistor JFET de canal P • Otros símbolos
- 21. • 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 Magnitudes de los JFET + + canal N G D S (< 0) – – ID VDS VGS IG = 0 + + canal P G D S (> 0) – – IG = 0 VGS VSD ID
- 22. 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 + + + + (variable) (variable) S D G – – VGS VDS ID RD – – VGG VDD IG = 0
- 23. Tres zonas de funcionamiento: condición ecuación CORTE: VGSQ≤ VGSoff ID = 0 ZONA OHMICA: VGSoff ≤ VGSQ ≤ 0 ID = VDSS / RDS VDSQ≤ VDSsat RDS = VDSS / IDSS SATURACIÓN: VGSoff ≤ VGSQ ≤ 0 ID = K IDSS VDSQ ≥ VDSsat VDSS tensión para estrangular el canal : |VGSoff| VDSsat frontera entre zona óhmica y saturación (no constante) K = 1 − VGSQ VGSoff 2 VDSsat = 1 − VGSQ VGSoff 2 VGSoff
- 24. MOS, transistores metal-óxido-semiconductor NMOS de enriquecimiento G D S drenador fuente puerta B sustrato PMOS de enriquecimiento G D S B drenador fuente puerta sustrato NMOS de empobrecimiento G D S B drenador fuente puerta sustrato G D S B PMOS de empobrecimiento drenador fuente puerta sustrato
- 25. • Otros símbolos transistores de enriquecimiento NMOS PMOS NMOS PMOS transistores de empobrecimiento • 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