El documento describe los diferentes tipos de transistores, incluyendo sus símbolos, características y zonas de funcionamiento. Explica los transistores bipolares, sus magnitudes y ecuaciones de comportamiento. Luego describe los transistores unipolares como JFET y MOS, indicando sus terminales, polarizaciones adecuadas y curvas de transferencia.

1. PED 2002-03 4.1
TRANSISTORES
• Símbolo. Características
• Clasificación de los transistores
• Transistores bipolares
• Transistores unipolares
Universidad del País Vasco
Departamento de Arquitectura y Tecnología de Computadores
ehuupv
eman ta zabal zazu

2. PED 2002-03 4.2
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. PED 2002-03 4.3
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)
Clasificación de los transistores
Transistores uniunión: UJT
• Muy especiales. No los veremos

4. PED 2002-03 4.4
• 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

5. PED 2002-03 4.5
• 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

6. PED 2002-03 4.6
• 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

7. PED 2002-03 4.7
Ecuaciones de comportamiento de los t. bipolares
++
+
+
–
+
–
–
–
–VBB
VCC
RC
RB
IB
IC
IE
IB
IC IC
IC
VBE
VCE
VBC

8. PED 2002-03 4.8
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)

9. PED 2002-03 4.9
Curvas características: dos
IB = g(VBE ,VCE )
• VCE poca influencia. Se simplifica.
IB
VBE
IB
VBE
IB = g(VBE)

10. PED 2002-03 4.10
IC = f(VCE ,IB)
0
2
4
6
8
10
12
mA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 V
IB
=100 µA
IB
=80 µA
IB
=60 µA
IB
=40 µA
IB
=20 µA
IC
VCE

11. PED 2002-03 4.11
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

12. PED 2002-03 4.12
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

13. PED 2002-03 4.13
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

14. PED 2002-03 4.14
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

15. PED 2002-03 4.15
Zonas de funcionamiento en la curva característica
0
2
4
6
8
10
12
mA
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
V
IB = 100 µA
IB = 80 µA
IB = 60 µA
IB = 40 µA
IB = 20 µA
IC
VCE
R.A.N.
Corte
Saturación

16. PED 2002-03 4.16
Aproximación realizada
0,2 V
IC
IB1
IB2
IB3
IB4
VCE

17. PED 2002-03 4.17
Resolución gráfica de circuitos con transistores
• Conocemos curvas (IB ,VBE) y (IC ,VCE) del transistor
• Circuito de entrada
RECTA DE CARGA de entrada
+
B
E
"carga" del
circuito de
entrada
–
IB
VBB
RB
VBE
VBB = RBIB + VBE
IB =
VBB
RB
−
1
RB
⋅VBE

18. PED 2002-03 4.18
• Dibujando esa recta sobre el mismo plano que la curva (IB ,VBE)
• Obtenemos punto de operación de entrada: (IBQ ,VBEQ)
IB
VBE

19. PED 2002-03 4.19
• Circuito de salida
RECTA DE CARGA de salida
+C
E
"carga" del
circuito de
salida
–
IC
VCC
RC
VCE
VCC = RC IC + VCE
IC =
VCC
RC
−
1
RC
⋅ VCE

20. PED 2002-03 4.20
• Dibujando esa recta sobre el mismo plano que la curva (IC ,VCE)
• Obtenemos punto de operación de salida
• Con ambos puntos, tenemos el punto de operación del transistor
IB5
IB4
IB3
IB2
IB1
IC
VCE
=IBQ

21. PED 2002-03 4.21
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. )

22. PED 2002-03 4.22
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

23. PED 2002-03 4.23
• 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

24. PED 2002-03 4.24
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

25. PED 2002-03 4.25
(< 0 siempre)
VGS
ID
IDSS
VGSoff VGSQ
IDsat
2
1








−⋅=
GSoff
GS
DSSDsat
V
V
II
• Dos curvas
* Curva 1: manteniendo VDS, ID sat= f(VGS)
IDSS  corriente de saturación (VGS=0)
VGSoff  tensión de estrangulamiento (canal desaparece, ID = 0)

26. PED 2002-03 4.26
Saturación
zonaóhmica
Corte
ID
IDSS
VDS
IDsat
Vgs=-2
VGS
= −2 V
VGS
= −1 V
VGS
= 0 V
VGS
≤ VGSoff
(<0)
VDSSVDSsat
Vgs=-2
IDSS  corriente de saturación (VGS=0)
VGSoff  tensión de estrangulamiento (canal desaparece, ID = 0)
* Curva 2: para distintos valores de VGS, ID = f(VDS)

27. PED 2002-03 4.27
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

28. PED 2002-03 4.28
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

29. PED 2002-03 4.29
• 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

30. PED 2002-03 4.30
• 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)
Magnitudes de los MOS
NMOS de enriquecimiento
G
S
D
+
(> 0)
+
––
VGS
VDS
ID
IG
= 0
PMOS de enriquecimiento
G
S
D
+
(< 0)
+
–
VSD
ID
IG
= 0
VGS
–

31. PED 2002-03 4.31
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
VGS
ID
IDon
VGSonVT
ID = IDon ⋅
VGS − VT
VGSon − VT






2

32. PED 2002-03 4.32
* Curva 2: para distintos valores de VGS, ID = f(VDS)
Saturación
Corte
NMOS de enriquecimientoID
IDsat
VGS =5 V
VGS =10 V
VGS =15 V
VGS ≤VT
VDS
VDSsat
VGSQ
Zonaóhmica

33. PED 2002-03 4.33
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 ID = K IDon
VDSQ ≥ VDSsat
K =
VGS − VT
VGSon −VT






2