TANSISTORES BIPOLARES DE UNION-I.ELECTRONICA

TRANSISTORES
BIPOLARES DE UNION
1

 Todos los amplificadores (dispositivos
que incrementan el voltaje, la corriente
o el nivel de potencia) tienen por lo
menos tres terminales, donde una
controla el flujo de corriente entre las
otras dos terminales.
 BJT: Bipolar Junction Transistor
(Transistor Bipolar de Union)
2

CONSTRUCCIÓN DEL TRANSISTOR
Figura1. Tipos de tansistores (a) pnp; (b) npn.
La proporción del espesor total con respecto al espesor
de la capa central es de 0.150/0.001≈ 150:1
(a) (b)
3

 La capa del emisor se encuentra fuertemente
dopada
 El dopado de la capa central es mucho menor
que el dopado de las capas exteriores (10:1,
ó menos)
 El bajo nivel de dopado disminuye la
conductividad.
 Incrementa la resistencia, al limitar el
número de portadores “libres”
CONSTRUCCIÓN DEL TRANSISTOR
4

BJT: El término bipolar refleja el hecho de que tanto
huecos como electrones participan en el proceso de
inyección hacia el material polarizado en forma opuesta
OPERACION DEL TRANSISTOR
Figura 2. Tipos de transistor con polarización.
5

Similar al diodo
en polarización
directa
Figura 3. Unión de un transistor
pnp con polarización directa.
6

Similar al diodo en
polarización inversa.
El flujo de portadores
mayoritarios es cero, con
lo que ocasiona solamente
el flujo de portadores
minoritarios
Figura 4. unión en polarización
inversa para un transistor pnp.
7

Una unión p-n se encuentra en polarización
inversa, mientras quela otra se encuentra en
polarización directa.
•Ic del orden mA
•IE del orden mA.
•IB del orden µA.
Figura 5. Flujo de portadores mayoritarios y minoritarios
en un transistor pnp.
8

La mayor cantidad de estos portadores
mayoritarios se difundirán a través de la unión en
polarización inversa hacia el material p conectado
a la terminal del colector.
Esto se debe, a que tuvo una inyección de
portadores minoritarios hacia el material de la
región de la base tipo n, combinando esto con el
hecho de que todos los portadores minoritarios en
la región de agotamiento atravesarán la unión en
polarización inversa de un diodo
9

Al aplicar LCK al
transistor como si se
tratara de un nodo:
La corriente del
colector esta formada
por dos componentes:
Figura 6. Flujo de
portadores mayoritarios y
minoritarios en un
transistor pnp.
10

ICmayoritario: Portadores mayoritarios – mA.
ICOminoritario: Conocida como corriente de fuga (ICO-
terminal emisor abierta)
ICO es del orden de los microamperios o
nanoamperios y al igual que Is es sensible a la
temperatura.
11

CONFIGURACION DE BASE
COMUN
Figura 7. Notación y símbolo empleado con la
configuración de base común para un transistor pnp.
12

COMUN
Figura 8. Notación y símbolo empleado con la
configuración de base común para un transistor npn.
13

COMUN
La terminología de base común se deriva del
hecho de que la base es común tanto para la
parte de entrada como para la de salida de la
configuración.
Además por lo regular la base es la terminal
más cercana a, o que se encuentra en, el
potencial de tierra.
14

15
COMUN
Para describir el comportamiento del transistor
se requiere de dos conjuntos de
características:
 Punto de excitación o parámetros de
entrada
Parámetros de salida.

16
COMUN
El conjunto de entradas:
 IE
 VBE
El conjunto de salida:
 VCB
Características de entrada o
excitación para distintos
voltajes de salida (Silicio-
Base común)

17
COMUN
Conjunto de salida relaciona una corriente de salida con un
voltaje de salida para distintos niveles de corriente de
entrada.
El conjunto de
salida:
 IC
 VCB
El conjunto de
entrada
 IE

18
COMUN
 Región Activa
 Región Corte
 Región
Saturación

19
COMUN
 Región Activa: Es la región que se utiliza para los
amplificadores lineales (sin distorsión)
La unión base – emisor se encuentra polarizada en forma
directa, mientras que la unión colector – base se
encuentra polarizada en forma inversa.
ICBO es del orden de los µA.
El efecto de VCB es casi imperceptible sobre IC.
IC ≈ IE

20
COMUN
 Región Corte: Región donde la corriente del colector es
de 0A.
En la Región de Corte, tanto la unión base – emisor como
la unión colector – base de un transistor se encuentran en
polarización inversa.
IC = 0A

21
COMUN
 Región de Saturación: Región de las características a la
izquierda de VCB = 0
En la Región de Saturación, tanto la unión base – emisor
como la unión colector – base de un transistor se
encuentran en polarización directa.
Incremento exponencial en la corriente del colector a
medida que el voltaje VCB se incrementa hacia cero.

22
DESARROLLO DEL MODELO
EQUIVALENTE - CONFIGURACION DE
BASE COMUN
Conforme se incrementa el VBE la IE aumenta, similar al
diodo.
VCB tiene un efecto pequeño sobre las características. Por
ello, para la aproximación se pueden ignorar los cambios
ocasionados por VCB.

23
MODELO EQUIVALENTE -
CONFIGURACION DE BASE COMUN
Una vez el transistor se encuentre en estado “encendido”
se asumirá que el voltaje base – emisor será el siguiente:
VBE = 0.7V
VBE = 0.7V para cualquier nivel de IE controlado por a
red externa.
Para cualquier configuración VBE = 0.7V, si el dispositivo
esta en la región activa.

 En condiciones de dc los niveles de IC e IE
están relacionados y se definen por la
siguiente ecuación:
 Para los dispositivos reales el nivel de
suele extenderse de 0.90 a 0.998.
24
COMUN
Alfa ( )

25
COMUN
 Debido a que alfa únicamente se define para
los portadores mayoritarios:
 Para IE = 0, tenemos IC = ICBO, del orden µA.
Alfa ( )

26
COMUN
Alfa ( )
 En condiciones de ac donde el punto de
operación se desplaza sobre la curva
característica, tenemos:
 El , factor de amplificación de base común de
corto circuito

Polarización
27
COMUN
La polarización correcta,
se determina , si se utiliza
la aproximación
IC≈IE IB=0µA
Luego se insertan las
fuentes de dc con una
polaridad tal que
respaldan la dirección
resultante de la corriente.

Acción amplificadora del transistor
28
COMUN
Los valores típicos de amplificación de voltaje para la
configuración de base común varía entre 50 y 300.
La amplificación de corriente IC/IE siempre es menor
que uno para la configuración base común.

29
CONFIGURACION DE EMISOR
COMUN
Figura. Notación y símbolo empleado para la
notación emisor común en un transistor npn.

30
COMUN
notación emisor común en un transistor pnp.

31
El emisor es común o relaciona las terminales
tanto de entrada como de salida (común a la
base y al colector).
Las corrientes de emisor, colector y base se
muestran en su dirección convencional real
para la corriente.
COMUN

32
Para describir el comportamiento del transistor
se requiere de dos conjuntos de
características:
 Características de entrada
Caraterísticas de salida.
COMUN

33
COMUN
Corriente de
entrada IB (µA) en
función del voltaje
de entrada VBE (V)
para un rango de
voltaje de salida
VCE

34
COMUN
Corriente de
salida IC (mA) en
función del voltaje
de salida VCE (V)
para un rango de
corriente de
entrada IB

35
COMUN
Región Activa: Donde las líneas de IB son casi
rectas e igualmente espaciadas.
Ala derecha de VCESAT y arriba de IB = 0
En la región activa de un amplificador de emisor
común, la base – emisor se encuentran en
polarización directa, mientras que la unión
colector – base se encuentra en polarización
inversa.

36
COMUN
Región Corte: En la configuración de emisor
común IC no es igual a cero cuando IB = 0. Esto
se debe a:

37
COMUN
Para IB = 0, y alfa=0.996 tenemos:
Ic = 0.25mA
Para propósitos de amplificación lineal , el corte de la
configuración de emisor común se definirá mediante IC =
ICEO.

38
Para propósitos de amplificación lineal , el corte
de la configuración de emisor común se definirá
mediante IC = ICEO.
Es decir, evitar la región por debajo de IB=0uA si
se busca una señal sin distorsión a la salida.
COMUN

39
COMUN
Cuando se utiliza como interruptor en circuitos
lógicos, tendrá dos puntos de operación:
• Región de corte y saturación

40
APROXIMACIÓN DE LAS
CARACTERISTICAS DE ENTRADA PARA
CONFIGURACIÓN EMISOR COMUN
Para que el transistor
este en la región
activa, el voltaje
base-emisor será
0.7V

41
Beta ( )
Suele ser de un rango aproximado entre 50 y
400.

42
Relación entre Beta ( )
Y alfa ( )

44
CONFIGURACION DE
COLECTOR COMUN
notación colector común en un transistor pnp.

45
CONFIGURACION DE
COLECTOR COMUN
notación colector común en un transistor npn.

46
CONFIGURACION DE
COLECTOR COMUN
 Su aplicación principal es propósitos de
acoplamiento de impedancias
 Alta impedancia de entrada y una baja
impedancia de salida
 Para el circuito de entrada de la configuración
de colector común, las características básicas del
emisor común son suficientes para obtener la
información que se requiere.

LIMITES DE OPERACION
47
 Corriente máxima del colector (Corriente
continua del colector)
 Voltaje máxima del colector al emisor (VCEO o
V(BR)CEO )
 VCEsat suele encontrarse típicamente cercano a
0.3V.
Pcmáx Potencia máxima de disipación

49
 El nivel máximo de disipación se define por la
siguiente ecuación:
PCmáx = VCEIC
ICEO ≤ IC ≤ ICmáx
VCEsat ≤ VCE ≤VCEmáx
VCE IC ≤ PCmáx

50
 Para las características de base común, la
curva de potencia máxima se define por el
siguiente producto de las cantidades de salida:
PCmáx = VCBIC

POLARIZACION DE DC
PARA BJTs
51

52
 El nivel de potencia de salida de “ac” mejorado
es resultado de una transferencia de energía
proveniente de las fuentes de “dc” aplicadas.
 El análisis de diseño de cualquier amplificador
electrónico posee dos componentes:
Porción de “dc”
Porción de “ac”
“La selección de los parámetros de dc requeridos
afectarán la respuesta de ac y viceversa”

53
Las relaciones básicas para un transistor son las
siguientes:

PUNTO DE OPERACION
54
 Para los amplificadores a transistor, la
corriente de dc y el voltaje resultante establecen
un punto de operación sobre las características
que define la región que será empleada para
amplificación de la señal aplicada.
 Punto fijo, punto de reposo “ Q “.
El punto “Q” seleccionado depende del uso que
se piense dar al circuito.

56
PUNTO DE OPERACION
 A : No se emplea polarización, el dispositivo se
encuentra apagado ( I y V = 0 a través del
dispositivo).
 B : El dispositivo variará en corriente y en
voltaje a partir del punto de operación
(excursión positiva como negativa de la señal de
entrada); si la señal de entrada es seleccionada
cuidadosamente el voltaje y la corriente del
dispositivo variarán pero no lo suficiente como
para llevar al dispositivo al corte o a la
saturación.

57
PUNTO DE OPERACION
 C : Permitirá cierta variación positiva y
negativa de la señal de salida. En este punto
hay cierta preocupación debido a la no linealidad
de esta región.
 D : La amplitud del voltaje de salida en la
dirección positiva se encuentra limitada
“La condición deseada para los amplificadores de
pequeña señal es tener ganancia lineal y mayor
excursión posible de corriente y de voltaje “.

58
PUNTO DE OPERACION
 La temperatura causa que los parámetros del
dispositivo como la ganancia de corriente (βac) y
la corriente de fuga (ICEO) se modifiquen.
La conservación del punto de operación puede
especificarse mediante un factor de estabilidad,
“S”, el cual es el grado de cambio en el punto de
operación debido a una variación de
temperatura.

59
PUNTO DE OPERACION
1. Operación en región lineal:
Unión base – emisor polarización directa
Unión base – colector polarización inversa
2. Operación en región de Corte:
Unión base – emisor polarización inversa
Unión base – colector polarización inversa
3. Operación en región de Saturación:
Unión base – emisor polarización directa
Unión base – colector polarización directa

60
CIRCUITO DE POLARIZACION FIJA
Para el análisis de “dc” puede aislarse los niveles
de “ac” indicados reemplazando los capacitores
con equivalentes de circuito abierto. Vcc puede
dividirse en dos fuentes (entrada – salida)

61
Polarización directa base - emisor
Aplicando LVK en la malla base – emisor:
Debido a que el voltaje de la fuente Vcc y el
voltaje base – emisor VBE son constantes la
selección de RB establecerá la corriente de IB
para el punto de operación.

62
Malla Colector - emisor
• Ic esta relacionada con IB por la constante β, la
magnitud de Ic no es una función de la
resistencia RC.
• RC no afectará el nivel de IB ó IC siempre y
cuando este en la región activa.
• RC determinará la magnitud de VCE.

63
Malla Colector - emisor
Aplicando LVK en la malla colector – emisor:
Recuerde:
Tenemos:
Además:

64
Ejemplo 1:
Determinar:
a) IBQ e ICQ
b) VCEQ
c) VB y VC
d) VBC

65
Saturación del transistor
• El término “saturación” se aplica a cualquier
sistema donde los niveles alcanzan los valores
máximos.
• Para el caso del transistor que opera en la
región de saturación, la corriente es el valor
máximo para el diseño en particular.
• El nivel de saturación más alto lo define la
corriente máxima del colector y se presenta en
la hoja de especificaciones.

66

67
Conociendo ICsat, se
tiene la corriente de
colector máxima
posible para el diseño
seleccionado y el nivel
bajo si se espera una
amplificación lineal.

68
Para el circuito del ejemplo1, determinar
el nivel de saturación.

69
Análisis por medio de la recta de carga
Análisis en el cual los parámetros de la red
definen el rango posible de puntos de Q y la
forma en que se determina el punto de Q
actual.
Por LVK tenemos:
Obtenemos una ecuación
de red

70
Características de
salida del transistor,
al igual que la
ecuación anterior
relaciona IC y VCE

71
El método más directo para graficar la ecuación
de red sobre las características de salida, es el
hecho de utilizar que una línea recta se
encuentra definida por dos puntos.
De la siguiente forma:

72
Recta de carga, ya
que esta definida
por el resistor de
carga RC.
Al resolver el nivel
resultante de IB, se
establece el punto
de Q real

73
Si el nivel de IB se
modifica al variar
RB, el punto Q se
moverá hacia arriba
o hacia debajo de la
recta de carga.

74
Si VCC se mantiene
fijo y RC cambia la
recta de carga se
moverá.
Si IB se mantiene
fija, punto Q se
moverá como se
observa

75
Si RC se mantiene
fija y VCC varía la
recta de carga se
desplazará.

76
EJEMPLO 2: dada la recta de carga y el punto Q definido,
determine los valores de VCC, RC y RB para la configuración
de polarización fija.

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