1. Jaime Guillermo PEÑA GARCIA
Ingeniería de Sistemas e Informática
IV Ciclo
Física Electrónica
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2. TRANSISTORES (Panorámica)
NPN
BIPOLARES
PNP
TRANSISTORES CANAL N (JFET-N)
UNIÓN
CANAL P (JFET-P)
EFECTO DE
CAMPO
METAL-OXIDO- CANAL N (MOSFET-N)
SEMICONDUCTOR
CANAL P (MOSFET-P)
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3. TRANSISTOR BIPOLAR NPN ( NPN bipolar transistor )
Base En principio un transistor bipolar está formado
por dos uniones PN.
(B)
Emisor
Colector Para que sea un transistor y no dos diodos
N P N (E) deben de cumplirse dos condiciones.
(C)
1.- La zona de Base debe ser muy estrecha
C E (Fundamental para que sea transistor).
SÍMBOLO 2.- El emisor debe de estar muy dopado.
B
Normalmente, el colector está muy poco dopado
C y es mucho mayor.
N-
P N+
Descubiertos por
B E Shockley, Brattain
ASPECTO MAS REAL DE UN y Barden en 1947
TRANSISTOR BIPOLAR (Laboratorios Bell)
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4. CARACTERÍSTICAS DE UN TRANSISTOR NPN
C
I C [mA]
B
I B [mA] =
E 30
3000
ZONA DE β = 100 ZONA ACTIVA:
SATURACIÓN: 2000 20 Comportamiento
Comportamiento como como Fuente de
interruptor cerrado. 1000 10 Corriente.
0
V CE
ZONA DE CORTE:
ZONA DE TRANSISTOR INVERSO:
Comportamiento
Emisor y colector intercambias papeles. como interruptor
Podemos tener una β INVER SA , que en el abierto.
dispositivo ideal consideraremos cero
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5. USOS DEL TRANSISTOR NPN: Como interruptor
12 V
12 V 36 W
36 W 3A
3A I
12 V
12 V
I β = 100
40 mA
IC
Sustituimos el interruptor principal por
un transistor.
4A IB = 40 mA
La corriente de base debe ser
suficiente para asegurar la zona de PF (ON) 3 A ON
saturación.
OFF
Ventajas:
No desgaste, sin chispas, rapidez,
permite control desde sistema lógico. 12 V VCE
PF (OFF)
Electrónica de Potencia y Electrónica
digital
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6. USOS DEL TRANSISTOR PNP: Como interruptor
12 V β = 100
40 mA
36 W
3A I 3A
12 V
12 V
I 12 V
36 W
IC
Al igual que antes, sustituimos el
interruptor principal por un transistor. 4A IB = 40 mA
La corriente de base (ahora circula al PF (ON) 3 A ON
reves) debe ser suficiente para
asegurar la zona de saturación. OFF
12 V VEC
PF (OFF)
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7. CARACTERÍSTICAS REALES DE LOS TRANSISTOR NPN y PNP
Característica
de Entrada
Característica
de Salida
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8. TRANSISTOR BIPOLAR:
PARÁMETROS SUMINISTRADOS POR LOS FABRICANTES
IC
C
I C-MAX Corriente máxima de colector
ICMAX B
V CE-MAX Tensión máxima CE E
P MAX Potencia máxima PMAX
V CE-SAT Tensión C.E. de saturación SOAR
VCE-MAX
H FE ≅ β Ganancia
VCE
Área de operación segura
(Safety Operation Area)
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9. TRANSISTOR BIPOLARES
VCE = 1500
IC = 8
HFE = 20
TOSHIBA
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10. TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO (FET - Field Effect Transistor)
CANAL N (JFET-N)
UNIÓN
CANAL P (JFET-P)
EFECTO DE
CAMPO
METAL-OXIDO- CANAL N (MOSFET-N)
SEMICONDUCTOR
CANAL P (MOSFET-P)
Dr Julius Lilienfield (Alemania) en 1926 patentó el concepto de " Field Effect Transistor".
20 años antes que en los laboratorio Bell fabricaran el primer transistor bipolar.
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11. TRANSISTORES MOSFET
( MOS - Metal Oxide Semiconductor + FET - Field Effect Transistor )
CANAL N (JFET-N)
UNIÓN
CANAL P (JFET-P)
EFECTO
DE CAMPO
METAL-OXIDO-
CANAL N (MOSFET-N)
SEMICONDUCTO
R CANAL P (MOSFET-P)
Dr Martín Atalla y Dr Dawon Kahng desarrollaron en
primer MOSFET en los laboratorios Bell en 1960
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12. Aislante (Si O 2 )
TRANSISTOR MOSFET - canal N
Puerta Fuente
Drenador (Gate) (Source) Substrato
(Drain) (Substrate)
N N
SECCIÓN
P
Canal
(Channel)
VISTA SUPERIOR
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13. TRANSISTOR MOSFET - canal N
D G S
Substrato
N N
NOTAR QUE EN
P PRINCIPIO ES
UN
DISPOSITIVO
NOTAR: SIMÉTRICO
D De momento, vamos a olvidarnos
del substrato.
METAL
OXIDO Posteriormente veremos que hacer
SEMICONDUCTOR Substrato con este terminal "inevitable" para
que no afecte a la operación del
G dispositivo.
SÍMBOLO ¡¡Que no moleste!!
S
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14. MOSFET DE CANAL N (Característica real de salida)
ZONA COMPORTAMIENTO
D FUENTE DE CORRIENTE
ID
Subst r at o U GS [V]
G
+15
S +10
+5
0
V DS
ZONA DE COMPORTAMIENTO RESISTIVO
COMO ANTES, LA TENSIÓN DE PUERTA (U GS ) JUEGA EL PAPEL DE LA CORRIENTE
DE BASE.
PODEMOS DECIR QUE ES UN DISPOSITIVO CONTROLADO POR TENSIÓN.
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15. MOSFET DE CANAL N (¿ Que pasa con el substrato?)
D
G S Substrato
canal
N N
P
D Se observa que los diodos juegan un papel
secundario en la operación del dispositivo.
Canal.
Substrato Debemos asegurar que nunca entren en operación.
Aparece entre D y
S en paralelo a los S EL SUBSTRATO se conecta al punto mas negativo del
diodos iniciales circuito.
Para un solo transistor, se conecta a la FUENTE (S).
En los circuitos integrados se conectará el
SUBSTRATO a la alimentación negativa
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16. MOSFET DE CANAL N (¿ Que pasa con el substrato?)
Se une con S
D
G S
Substrato
canal
N N
P
D
D D
G
S S
S
¡¡¡ AHORA YA NO ES UN DISPOSITIVO SIMÉTRICO !!!
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17. MOSFET DE CANAL N (¿ Que pasa con el substrato?)
D D
ID U GS [V]
G G
=+15 V
S =+10 V
S
=+5 V
= 0 V
Diodo parásito
V DS
(Substrato - Drenador)
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18. MOSFET DE CANAL N (precauciones con la puerta)
La puerta (G) es muy sensible.
D
Puede perforarse con tensiones
bastante pequeñas (valores ID
típicos de 30 V).
No debe dejarse nunca al aire y
debe protegerse - 30 V + 30 V
adecuadamente. V GS
G
S
CAUTION, ELECTROSTATIC SENSITIVE !!!
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19. USOS DEL MOSFET - Canal N: Como interruptor
12 V
12 V 36 W
36 W 3A
3A I
12 V
12 V
I
ID
4A UGS= 12 V
Sustituimos el interruptor principal por
un transistor. PF (ON) 3 A ON
¡¡¡ LA CORRIENTE DE PUERTA ES OFF
NULA (MUY PEQUEÑA) !!!
12 V VDS
PF (OFF)
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20. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
C
G
E
Combinación de MOSFET y
transistor Bipolar que aúna las
ventajas de los dos:
La facilidad de gobierno del
MOSFET
El buen comportamiento como
interruptor de BIPOLAR
Dispositivo reciente muy
importante en Electrónica de
Potencia
Inventado por H.W. Becke y C.F. Wheatley en 1982
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21. COMENTARIO:
Con los MOSFET e IGBT para manejar corrientes elevadas se
produce un cambio de tendencia importante .
Un Transistor Bipolar de potencia es un solo dispositivo de dimensiones
(Sección) suficiente para manejar la corriente elevada.
Un Transistor MOSFET o un IGBT de potencia, pensado para manejar
corrientes elevadas, está formado por muchos transistores integrados
colocados en paralelo
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22. C
Cada punto
representa
un MOSFET
N-
P N+
MOSFET DE
POTENCIA
B E
BIPOLAR DE POTENCIA (Muchos pequeños
MOSFET en paralelo,
realmente es un "Circuito
Integrado") 22